Wieso ist das meer blau?

So blau ist das Meer… aber warum ist das meer blau? In den Reiseprospekten ist das Meer einfach immer blau. Sollte das etwas am blauen Himmel in den Urlaubsländern liegen? Beobachten und experimentieren Sie doch einfach mal selbst.

Wasser ist doch durchsichtig!

Zunächst jedoch ein Widerspruch: Wie kann das Meer blau sein, wenn Wasser, wie aus dem Alltag bekannt, doch durchsichtig ist? Die blaue Farbe scheint also zu entstehen, weil das Meer die Farbe des Himmels widerspiegelt. Das Meer ist blau, wenn auch der Himmel blau über ihm leuchtet (Abb. 1). Bei einem Sonnenuntergang kann man sogar einen Streifen rotgolden glänzenden Wassers auf dem Meer erkennen, auch das Mondlicht spiegelt sich auf Gewässern, wenn er nur flach genug am Himmel steht.

Allerdings: Auch bei leicht bewölktem Himmel zeigen vor allem tiefe Seen (und manchmal auch das Meer) noch einen unnachahmlichen Blauton, so wie der Donauquellsee „Blautopf“ (sic!); als ich das Foto aufnahm, war der Himmel sogar ziemlich bewölkt, trotzdem ist der tiefe, hintere Teil) intensiv blau gefärbt (Abb. 2). Reflexion der Himmelsfarbe kann also das Phänomen nicht komplett erklären.

Welche Farbe hat Wasser?

Der Farbeindruck, den ein Gegenstand auf den Betrachter macht, hängt davon ab, wie das auf ihn fallende und gegebenenfalls in ihn hineingelangende Licht mit den Atomen und Molekülen des Stoffes wechselwirkt. Das Licht verschwindet ja nicht einfach beim Durchlaufen eines Stoffes. Es kann bereits von den Molekülen der Oberfläche reflektiert oder absorbiert, also aufgenommen werden. Solche Stoffe sind undurchsichtig. Gelangt ein Teil des Lichtes in das Material hinein, gibt es prinzipiell zwei Mechanismen. Entweder die eingestrahlte Energie wird aufgenommen und dann in eine andere Energieform, meist Wärme, umgewandelt. Oder das Licht wird in andere Richtung abgelenkt, man nennt diesen Vorgang Streuung. Ein typisches Beispiel für Streuung ist übrigens der Himmel bei Tag.

Beide Prozesse hängen einerseits von der Wellenlänge des Lichtes, also von dessen Farbe, andererseits aber auch von der Art der Moleküle und deren Bindung ab. Zunächst erscheint Wasser, genauso wie Glas, durchsichtig: Durch ein mit Wasser gefülltes Glas kann man ohne Behinderung hindurch sehen, bei einer Pfütze lässt sich der Grund begutachten. Aber schon tiefere Seen nehmen einen bläulichen Schimmer an und in den großen Tiefen der Ozeane ist es zunächst dämmrig blau, dann sogar stockfinster. An Wasser kommt Licht also doch nicht ganz „ungeschoren“ vorbei.

Licht wird „bearbeitet“

Wenn Sonnenlicht auf Wasser fällt, dann wird zunächst ein Teil des Lichtes an seiner Oberfläche reflektiert. Der Rest des Lichtes dringt in das Wasser ein und wird von den Wassermolekülen „bearbeitet“. Dieser Effekt ist, wie schon gesagt, von der Wellenlänge, also der Farbe des Lichtes, abhängig. Wassermoleküle absorbieren, also verschlucken, mit besonderer Vorliebe die langwelligen, also roten Anteile des Lichtes, so dass mit zunehmender Wassertiefe rote Lichtanteile völlig verschwinden. Jeder Taucher kennt diesen Effekt: So verschwindet der Rotanteil des Sonnenlichtes schon bei einer Wassertiefe von drei Metern, orange bei fünf, gelb bei zehn Metern.

Blau wird vom Wasser am wenigsten abgeschwächt, so dass alle Gegenstände bläulicher erscheinen. Für viele Urlauber äußert sich dies als Farbverlust ihrer schönen Unterwasserbilder, besonders wenn sie sich als Tauchneulinge in den Ferienorten eine wasserfeste Wegwerfkamera gekauft haben und sie keiner darauf aufmerksam gemacht hat, dass unter Wasser ein Blitz notwendig ist. Auch ein Versuch im physikalischen Praktikum, den die meisten Studenten absolvieren müssen, macht es deutlich: Wasser zeigt bereits am roten Ende des sichtbaren Spektrums eine schwache Absorption, die rasch anwächst, wenn man seine Untersuchungen in den langwelligeren Bereich, nämlich ins Infrarote, fortsetzt. Bei dieser Rotabsorption werden die Moleküle des Wassers übrigens zu Schwingungen gegeneinander angeregt… das Wasser erwärmt sich also – für uns unmerklich – ein bisschen.

Was bleibt vom Licht übrig?

Vor allem der kurzwelligere, blaue (und grüne) Anteil des Lichtes. Dieser wird zunächst von den Wassermolekülen aufgenommen, dann jedoch in viele Richtungen wieder ausgesandt, man nennt dies Streuung. Ein Teil des Streulichtes kehrt natürlich auch wieder zur Wasseroberfläche zurück, wo man ihn sehen kann. Genau dieser (geringe) Anteil erzeugt den unnachahmlichen Blauschimmer. Er ist umso intensiver, je mächtiger die Wasserschicht, also je tiefer das Gewässer ist.

Ein Blick aufs Meer oder einen See sorgt also mit zunehmender Tiefe für intensiveres Blau. Ein reflektierender Untergrund, beispielsweise ein heller, nicht zu tief liegender Sandboden kann den blauen Farbeindruck noch verstärken. Eindrucksvoll wird das an flachen Mittelmeerstränden oder Südseeatollen sichtbar, die das Sonnenlicht reflektieren und das Wasserblau zu einem charakteristischen Türkis verändern. So ist es auch kein Zufall, dass Schwimmbäder einen blauen Anstrich erhalten, das „Blau des Wassers“ wird dadurch angenehm betont.

In einem Wasserglas oder einer Pfütze ist die Absorption und Streuung allerdings so gering, dass man sie nicht wahrnimmt; Wasser in geringen Tiefen erscheint also durchsichtig. Vielleicht intensivieren Sie den Streueffekt im Wasser etwas: Befüllen Sie eine großes durchsichtiges Gefäß mit Wasser und mischen Sie dann gründlich etwas Milch darunter. Nun durchstrahlen Sie die Mischung beispielsweise mit dem Licht einer intensiven Taschenlampe. Wenn Sie den Lichtstrahl der Lampe von oben oder von der Seite beobachten, werden Sie den leichten Blauschimmer bemerken. (Fettarme) Milch hat nämlich schon einen leichten Blauton, übrigens aus dem gleichen Grund.

Doch nicht immer so strahlend blau?

Häufig wird jedoch die Farbe des Wassers durch alle möglichen Schwebstoffe verändert. Schon kleine Einschwemmungen an gelösten Stoffen, winzige Organismen oder Dünger, der den Algenwuchs begünstigt, zerstören die intensive blaue Farbe des Wassers, da diese Teilchen größer sind und auch blaue Lichtanteile absorbieren können. Belastetes Wasser erscheint daher grünlich oder gar braun. Dass Meerwasser in der Nähe von Korallenriffen klar und blau ist, hat mit der Reinigungswirkung der Korallen zu tun. Das Meerwasser in der Nähe eines Strandes kann durch aufgewühlten Sand grau oder beige sein, wie Sie sicher schon bei einem Strandspaziergang beobachten konnten. Und bedrohlich wird es, wenn sich das Meerwasser rot verfärbt. Ursache dieses „Rote Tiden“ genannten Phänomens sind kleine Giftalgen, die nicht nur das Ökosystem gefährden, sondern beim Menschen Hautirritationen und Durchfall verursachen.

Blick über den Tellerrand: Das Blau der Gletscher

Schnee ist weiß, Eiswürfel sind durchsichtig und Gletscherhöhlen oder –spalten sind blau. Frisch gefallener Schnee besteht aus einer Unzahl locker aneinander haftender kleiner Kristalle. Betrachtet man ihn im weißen Sonnenlicht, so wird es von ihnen reflektiert. Ein (sehr geringer) Anteil dringt auch etwas tiefer in den Schnee ein, er durchdringt die luftigen Kristalle. Wie beim Wasser wird auch hier etwas vom Rotanteil des Lichtspektrums absorbiert, ein ganz leichter Blauton entsteht. Diese Färbung ist aber im Allgemeinen so schwach, dass wir sie nicht wahrnehmen. Und wenn doch: Durch einen leichten Blauanteil erscheint Weiß nur noch strahlender; kennt man ja vom Wäschewaschen…

Eiswürfel sind – wenn nicht Luftbläschen eingeschlossen sind – durchsichtig wie Wasser. Auch eine dünne Eisdecke auf einer Pfütze lässt sich ohne Mühe durchschauen. Aber richtig dickes Eis, große Eisblöcke also? Besuchen Sie einmal eine Gletscherhöhle wie zum Beispiel im Rhonegletscher in der Schweiz, in der ich, nachdem das Licht eine beachtliche Strecke durch das Eis zurückgelegt hat, diesen wunderbaren Blauton aufgenommen habe (Abb. 3).

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