راز آبی بودن یخ: چرا یخچال‌ها و دریاچه‌های یخ‌زده فیروزه‌ای رنگ هستند؟

شاید برایتان جالب باشد که یخ‌های یخچال و قندیل‌ها شفاف هستند، اما یخ‌های یخچال‌های طبیعی و دریاچه‌های یخ‌زده به رنگ آبی دیده می‌شوند. دلیل این تفاوت رنگ چیست؟ پاسخ کوتاه این است که آب، رنگ‌های دیگر طیف نور را جذب می‌کند و تنها رنگ آبی را بازتاب می‌دهد. اما برای درک بهتر این موضوع، باید بدانیم که نور چگونه با آب و یخ تعامل دارد.

نکات کلیدی درباره رنگ آبی یخ:

• یخ به دلیل ذاتاً آبی فیروزه‌ای آب، به رنگ آبی دیده می‌شود.
• هر چه ضخامت و خلوص یخ بیشتر باشد، رنگ آبی آن تیره‌تر می‌شود.
• یخی که سفید به نظر می‌رسد، اغلب حاوی مقدار زیادی حباب هوا، ترک یا مواد جامد معلق است.

چرا آب و یخ آبی هستند؟

مولکول‌های آب (H2O) در هر دو حالت مایع و جامد، نور قرمز و زرد را جذب می‌کنند و به همین دلیل، نور بازتاب شده از آن‌ها آبی است. پیوند اکسیژن-هیدروژن (O-H) در مولکول آب، در واکنش به انرژی نور ورودی، کشیده می‌شود و انرژی موجود در بخش قرمز طیف را جذب می‌کند. این جذب انرژی باعث ارتعاش مولکول‌های آب شده و در نتیجه، آب می‌تواند نورهای نارنجی، زرد و سبز را نیز جذب کند. در نهایت، نور آبی با طول موج کوتاه و نور بنفش باقی می‌مانند.

یخ‌های یخچال‌های طبیعی بیشتر به رنگ فیروزه‌ای دیده می‌شوند تا آبی. دلیلش این است که پیوند هیدروژنی درون یخ، طیف جذب نور را به سمت انرژی کمتری منتقل می‌کند و در نتیجه، یخ سبزتر از آب مایع به نظر می‌رسد.

برف و یخی که حاوی حباب یا شکستگی‌های زیادی هستند، سفید به نظر می‌رسند؛ زیرا ذرات و سطوح آن‌ها نور را به جای عبور دادن از خود، به سمت بیننده پراکنده می‌کنند.

شاید این سوال برایتان پیش بیاید که چرا تکه‌های یخ شفاف یا قندیل‌ها، با وجود اینکه فاقد گازهایی هستند که نور را پراکنده می‌کنند، بی‌رنگ به نظر می‌رسند و آبی نیستند. دلیلش این است که رنگ آبی آن‌ها بسیار کم‌رنگ است و برای چشم قابل تشخیص نیست. به رنگ چای فکر کنید. چای داخل فنجان پررنگ است، اما اگر مقدار کمی از آن روی سطح کابینت بریزد، رنگش بسیار کم‌رنگ خواهد بود. برای اینکه رنگ آب قابل مشاهده باشد، به حجم زیادی از آن نیاز است. هرچه مولکول‌های آب متراکم‌تر باشند یا نور مسافت بیشتری را از میان آن‌ها طی کند، فوتون‌های قرمز بیشتری جذب می‌شوند و نوری که باقی می‌ماند، بیشتر آبی خواهد بود.

یخ آبی یخچال‌های طبیعی

یخ یخچال‌های طبیعی در ابتدا به شکل برف سفیدرنگ است. با بارش برف بیشتر، لایه‌های زیرین آن فشرده شده و به تدریج یخچال طبیعی را تشکیل می‌دهند. فشار ناشی از لایه‌های بالایی، حباب‌های هوا و ناخالصی‌ها را از بین می‌برد و بلورهای بزرگ یخ ایجاد می‌شوند که امکان عبور نور را فراهم می‌کنند. لایه بالایی یخچال ممکن است به دلیل بارش برف یا شکستگی و فرسایش یخ، سفید به نظر برسد. همچنین، سطح جلویی یخچال نیز در مناطقی که فرسایش یافته یا نور از سطح آن منعکس می‌شود، می‌تواند سفیدرنگ باشد.

یک تصور غلط درباره دلیل آبی بودن یخ

برخی افراد تصور می‌کنند که دلیل آبی بودن یخ، همان دلیل آبی بودن آسمان است: پراکندگی رایلی. پراکندگی رایلی زمانی رخ می‌دهد که نور توسط ذراتی کوچکتر از طول موج تابش پراکنده شود. در حالی که آب و یخ به این دلیل آبی هستند که مولکول‌های آب به طور انتخابی بخش قرمز طیف مرئی را جذب می‌کنند، نه به این دلیل که مولکول‌ها طول موج‌های دیگر را پراکنده می‌کنند. در واقع، یخ به این دلیل آبی به نظر می‌رسد که آبی است!

یخ آبی را از نزدیک ببینید

شاید فرصت دیدن یک یخچال طبیعی از نزدیک را نداشته باشید، اما یک راه برای ساختن یخ آبی این است که به طور مداوم یک چوب را در برف فرو کنید تا دانه‌های برف فشرده شوند. اگر برف کافی دارید، می‌توانید یک ایگلو بسازید. وقتی داخل آن بنشینید، رنگ آبی را خواهید دید. همچنین اگر یک بلوک یخ از یک دریاچه یا برکه یخ‌زده تمیز ببرید، می‌توانید یخ آبی را مشاهده کنید.