هل تعلم ” لماذا لون الثلج أبيض ؟ ” تحليل علمي

كتابة: منى حمدان آخر تحديث: 22 أبريل 2021 , 14:44

خصائص الثلج

الثلج عبارة عن مجموعة كاملة من بلورات الجليد الفردية مرتبة معًا، عندما يدخل فوتون خفيف إلى طبقة من الثلج، فإنه يمر عبر جليد الكريستال في الأعلى، والذي يغير اتجاهه قليلاً ويرسله إلى بلورة جليدية جديدة، والتي تفعل الشيء نفسه.

الثلج لا يعكس كل الألوان، فهو لا يمتص أو ينقل أو ينثر أي لون أو طول موجي واحد أكثر من أي لون آخر، ولكنه يعكس الضوء، أو يغير الاتجاه الذي يضيء فيه الضوء، ويرتد الضوء أساسًا عندما يسطع على الثلج، أما الجليد فهو مجرد ثلج مضغوط للغاية، بدون الكثير من فقاعات تشتت الضوء.

تتساقط الثلوج عندما تصل درجة حرارة الغلاف الجوي إلى 32 درجة فهرنهايت أو أقل وتكون الظروف مناسبة (مثل قلة الرطوبة في الهواء).

أهمية الثلج

يغطي الثلج كل شيء ببطانية بيضاء نقية، كما إنه يساعد المزارعين وهو مفيد للأرض، لأنه يحتوي على الكثير من الجيوب الهوائية، فعلى الرغم من أن الثلج نفسه بارد، إلا أن الهواء الذي يحتجزونه يعزل الأرض ويحمي الشتلات ويمنع الصقيع من التعمق أكثر من اللازم.

كما أن الثلج يضيف النيتروجين إلى التربة، وهو أمر منطقي لأن الرطوبة تساعد الشتلات على تثبيت النيتروجين في التربة، مما يساعد في إنتاج محصول بجودة عالية، كما أن الثلج الذي يذوب ويتساقط في الجبال لاحقًا يساعد في ملء الخزانات المستنزفة في الغرب الأمريكي.

ربما لاحظت مدى هدوء الجو بالخارج بعد تساقط ثلوج جديدة، بالإضافة إلى جعل الثلج رقيقًا، تمتص هذه الجيوب الهوائية الصوت، ويعود انتقال الصوت إلى نمطه الطبيعي بعد أيام قليلة، لأن العديد من بلورات الثلج المنفوشة تذوب وتندمج إلى حد ما، وتختفي الجيوب الصغيرة التي تمتص الصوت.[2]

علاقة بياض الثلج بعلم البصريات

تخيل أنك تستيقظ بعد ليلة من تساقط الثلوج بكثافة – تنظر من النافذة وترى عالمًا أبيض اللون، ولكن إذا فتحت صنبورًا فستلاحظ أن الماء السائل والثلج يظهران صافين عادةً. إذن ، لماذا يصبح لون الثلج أبيض؟

عندما يتعلق الأمر بفهم كيف يمكن أن تتحول مادة واضحة بطبيعتها مثل H2O، إلى اللون الأبيض، فقد قام كينيث ليبرخت، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ومؤلف موقع snowcrystals.com، وهو موقع عن فيزياء رقاقات الثلج، بعمل تجربة، مسجلا ملاحظاته بأنه  “إذا أخذت قطعة من الزجاج، مثل زجاج النافذة وهو شفاف، ثم قمت بتحطيم اللوح إلى قطع صغيرة من الزجاج باستخدام مطرقة سوف يصبح اللون أبيض”.

لذلك فإن مفتاح هذا الاختلاف هو كيفية تفاعل الضوء مع سطح واحد مثل النافذة مقابل الأسطح متعددة الأوجه مثل الزجاج المكسور، ونفس هذا المفهوم ينطبق على الثلج.[1]

علاقة الضوء ببياض الثلج

يساعدنا فهم الخصائص الفيزيائية للثلج والجليد على فهم لون الثلج، فوفقًا لعلم البصريات، عندما يصطدم الضوء بجسم ما، فإنه إما أن ينتقل (يمر عبر الجسم)، أو يمتص (“ينقع” في الجسم)، أو ينعكس (يرتد عن الجسم)، وعندما يصطدم الضوء بسطح مستوٍ أملس مثل الزجاج أو الجليد، فإن أشعته المرئية تمر عمومًا بشكل مستقيم دون إزعاج مساراتها.

ولأن أعيننا لا ترى الأشياء إلا من خلال معالجة موجات الضوء المنعكسة عن الجسم أو التي يمتصها، فإن هذا هو السبب في أن الزجاج والجليد غالبًا ما يظهران واضحين بلون شفاف.

لون الثلج

الثلج الابيض

في حالة الزجاج المحطم، فيصبح لدينا عدد لا يحصى من الأسطح غير المستوية، عندما يضرب الضوء هذه الأسطح غير المنتظمة، فإنه ينعكس وينتشر في جميع الاتجاهات، وتنطبق هذه النظرية على رقاقات الثلج، التي تتكون من مئات من بلورات الجليد الصغيرة جدًا المتغيرة في الشكل والهيكل.

ونظرًا لأن الضوء الذي يصطدم بشظايا الزجاج أو رقاقات الثلج ينعكس مرة أخرى بالتساوي، فإن هذه الأشعة تشمل جميع ألوان الأطوال الموجية المركبة للضوء المرئي (الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي)، والتي تبدو معًا بيضاء، هذا هو السبب في أن عيوننا ترى لون الثلج أبيض.

الشمس أيضا من ضمن أسباب بياض الثلج، حيث إنها الطريقة الفريدة التي يعكس بها الثلج (أو بلورات الجليد التي تشكل الثلج) الضوء الذي يجعله يبدو أبيضًا جدًا، لذلك عندما تكون الشمس مشرقة، يمكن أن يبدو الثلج أبيض ومشرق بشكل خاص.

يتكون الضوء المرئي من ألوان قوس قزح، وألوان ROY G BIV من الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي التي حددها إسحاق نيوتن.[1]

الثلج الازرق

على الرغم من أن اللون الطبيعي للثلج قد يكون أبيضًا، إلا أنه من المعروف أنه يتخذ المزيد من درجات التنويم المغناطيسي، فيمكن أن تظهر كتل الجليد والجبال الجليدية والأنهار الجليدية أحيانًا باللون الأزرق عندما يدخل الضوء إلى بطونها من خلال الشقوق (بدلاً من الانعكاس على أسطحها) ويتم احتجازها.

عندما تصطدم فوتونات الضوء بجسم ما، فإنها قد ترتد إلى الخلف (الانعكاس)، أو ترتد إلى الجوانب (تشتت)، أو تمر عبر (الإرسال)، أو تتخلى عن طاقتها (الامتصاص).

وعندما ينتقل هذا الضوء داخل الثلج والجليد، تتشتت بلورات الجليد التي لا تعد ولا تحصى في رحلته، فكلما ابتعدت المسافة، زاد تشتتها.

نظرًا لأن الماء والجليد “يمتصان الضوء الأحمر أكثر من الضوء الأزرق”، فعندما تظهر أشعة الضوء من طبقات الثلج، فإن الأطوال الموجية الزرقاء الأقصر هي التي تنعكس باتجاه أعيننا بدلاً من الأضواء الموجية الحمراء الأطول.

كلما طالت مدة تكرار التشتت، كلما كان اللون الأزرق أكثر وضوحًا وشفافية.[1]

الثلج الوردي

تم توثيق الثلوج الملونة ذات اللون الوردي أو الأحمر- الملقب ” بثلج البطيخ “، والذي يأتي لونه من نوع طحالب المياه العذبة المحبة للبرد والتي تعيش داخل كتلة الثلج، وهي حمراء.

وبالمثل ، يمكن للجسيمات والكائنات الحية الأخرى أن تلون الثلج أيضًا، لهذا السبب، يمكن للثلج أن يتخذ أي لون من ألوان قوس قزح.[1]

طيف الضوء المرئي وعلاقته بتغير لون الثلج

إن أعيننا عبارة عن مستشعرات مصممة بشكل أساسي لالتقاط طيف معين من الإشعاع الكهرومغناطيسي – وهو أمر مفاجئ، نطلق عليه طيف “الضوء المرئي”. نحن ندرك أطوال موجية مختلفة أو فواصل زمنية من هذا الطيف على أنها ألوان مختلفة : تبدو الموجات “الأوسع” حمراء بالنسبة لنا، بينما تبدو الموجات “الأضيق” باللون الأزرق.

الضوء يشبه إلى حد كبير أي نوع آخر من الإشعاع، عندما يصطدم بجسم ما، يمكنه المرور عبره أو التفاعل معه أو الانعكاس تمامًا.

تتخذ الأجسام ألوانًا مختلفة لأن وحدات بنائها الفردية (ذرات أو جزيئات) تهتز استجابةً لترددات مختلفة من الطاقة (مثل تلك التي يحملها الضوء).

على سبيل المثال، الأوراق الخضراء الطازجة تبدو باللون الأخضر لأن الكلوروفيل يمتص الأطوال الموجية المقابلة للأحمر والأزرق، ولكن ألوانها المكملة هي الأخضر والبرتقالي / الأصفر، ولكن تمتص الأوراق جزءًا بسيطًا فقط من الأطوال الموجية الخضراء، وما ينعكس يخلق لونها.[3]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق