هل تعلم ” لماذا لون الثلج أبيض ؟ ” تحليل علمي

خصائص الثلج

الثلج هو عبارة عن مجموعة من بلورات الجليد الفردية المرتبة معًا، وعندما يدخل فوتون خفيف إلى طبقة من الثلج، فإنه يمر عبر جليد الكريستال في الأعلى، والذي يغير اتجاهه قليلاً ويرسله إلى بلورة جليديةجديدة، وهذه البلورة تفعل الشيء نفسه.

الثلج لا يمتص أو ينقل أي لون أو طول موجي أكثر من أي لون آخر، ولكنه يعكس الضوء ويغير اتجاهه، ويعود الضوء عندما يسقط على الثلج. أما الجليد فهو مجرد ثلج مضغوط دون 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 بطبقة بيضاء نقية، ويساعد على تحسين الأرض وذلك لأنه يحتوي على الكثير من الجيوب الهوائية، وعلى الرغم من أن الثلج بارد، إلا أن الهواء الذي يحتجزه يعزل الأرض ويحمي الشتلات ويمنع الصقيع من التعمق أكثر من اللازم.

يساعد الثلج على إثراء التربة بالنيتروجين، وهو أمر منطقي نظرًا لأن الرطوبة تساعد على تثبيت النيتروجين في التربة، مما يساعد على إنتاج محصول ذو جودة عالية. كما يساعد الثلج الذائب الذي يتساقط في الجبال في ملء الخزانات المستنزفة في الغرب الأمريكي.

قد لاحظت الهدوء الناتج في الجو بعد تساقط الثلوج الجديدة، وذلك بسبب أن الثلوج الناعمة تمتص الصوت وتجعل البيئة هادئة. وبعد عدة أيام، يعود نقل الصوت إلى طبيعته نتيجة لذوبان العديد من بلورات الثلج الناعمة واندماجها بشكل جزئي، وهذا يؤدي إلى اختفاء الجيوب الصغيرة التي تتمتص الصوت.

علاقة بياض الثلج بعلم البصريات

تخيل أنك تستيقظ في صباح بعد ليلة من تساقط الثلوج الكثيفة، تنظر من النافذة وترى عالمًا أبيض اللون، ولكن إذا فتحت صنبور الماء، ستلاحظ أن الماء والثلج يظهران بلون صافي. فلماذا يصبح لون الثلج أبيض؟

فيما يتعلق بفهم كيف يتحول الماء الشفاف إلى اللون الأبيض، قام كينيث ليبرخت، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومؤلف موقع snowcrystals.com، بتجربة. لاحظ أنه عند تكسير قطعة زجاج شفافة مثل زجاج النافذة إلى قطع صغيرة باستخدام مطرقة، سيصبح اللون أبيض.

لذلك، يتوقف هذا الاختلاف على كيفية تفاعل الضوء مع سطح واحد مثل النافذة، مقارنة بالأسطح ذات الأوجه المتعددة مثل الزجاجالمكسور، ويتم تطبيق نفس المفهوم على الثلج.

علاقة الضوء ببياض الثلج

تساعدنا فهم الخصائص الفيزيائية للثلج والجليد في فهم لون الثلج. ووفقا لعلم البصريات، عندما يتعرض الضوء لجسم ما، يحدث إما أن ينتقل خلاله (يمر عبر الجسم)، أو يتم امتصاصه (ينقع في الجسم)، أو ينعكس عنه (يرتد عن الجسم). وعندما يصطدم الضوء بسطح مستو أملس مثل الزجاج أو الجليد، فإن أشعته المرئية تمر عموما بشكل مستقيم دون أن تتعرض لتشتتها.

وبما أن 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 باللون الشفاف.

لون الثلج

الثلج الابيض

عندما يتم كسر الزجاج، تتشكل العديد من الأسطح غير المستوية، وعندما يتعرض هذا الزجاج للضوء، ينعكس وينتشر في جميع الاتجاهات، وهذه النظرية تنطبق أيضًا على رقاقات الثلج التي تتكونمن مئات من بلورات الجليد الصغيرة الغير منتظمة 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.

تعتبر الشمس أيضًا من بين الأسباب التي تجعل الثلج أبيض، حيث يتم انعكاس الضوء الذي يصل إليه من الشمس على الثلج أو بلورات الجليد التي تشكل الثلج، مما يجعله يبدو باللون الأبيض اللامع، وبالتالي، عندما تكون الشمس مشرقة، يمكن أن يبدو الثلج أكثر إشراراقة وبياضًا.

يتألف الضوء المرئي من مجموعة من الألوان التي تشمل الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي، والتي حددها إسحاق نيوتن وعرفت باسم ROY G BIV.

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 يصطدم الضوء بجسم ما، فإما أن يتم انعكاسه إلى الخلف، أو التشتت جانبيًا، أو الإرسال عبر الجسم، أو الامتصاص بالجسم.

عندما يمر هذا الضوء خلال الثلج والجليد، تتبدد بلورات الجليد التي لا حصر لها في رحلته، وكلما زادت المسافة المقطوعة، زاد تشتتها.

نظرًا لأن الماء والجليد يمتصان الضوء الأحمر بشكلٍ أكبر من الضوء الأزرق، فعندما تمر الأشعة الضوئية من خلال طبقات الثلج، فإن الأشعة الزرقاء ذات الأطوال الموجية الأقصر هي التي تنعكس باتجاه عيوننا بدلاً من الأشعة الحمراء ذات الأطوال الموجية الأطول.

كلما طالت فترة التشتت المتكرر، زاد اللون الأزرق وضوحًا وشفافيةً.

الثلج الوردي

تم تسجيل الثلوج الملونة ذات اللون الوردي أو الأحمر، والتي تسمى بثلج البطيخ، حيث يأتي لونها من نوع من طحالب المياه العذبة المحبة للبرد والتي تعيش داخل كتلة الثلج، وهي ذات لون أحمر.

بالمثل، يمكن للجسيمات والكائنات الحية الأخرى أن تؤثر على لون الثلج، ولذلك يمكن للثلج أن يتخذ أي لون من ألوان قوس قزح.

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.

يشبه الضوء بشكل كبير أي نوع آخر من الإشعاع، وعندما يصطدم بجسم ما، يمكن للضوء المرور خلاله أو التفاعل معه أو الانعكاس بالكامل.

تختلف ألوان الأجسام بسبب اهتزاز وحداتها الفردية (الذرات أو الجزيئات) بترددات مختلفة من الطاقة (مثل تلك التي يحملها الضوء).

على سبيل المثال، يظهر اللون الأخضر في الأوراق الخضراء الطازجة بسبب امتصاص الكلوروفيل للأطوال الموجية المتواجدة في الأحمر والأزرق، ولكن الألوان المكملة لها هي الأخضر والبرتقالي / الأصفر، ومع ذلك، تستوعب الأوراق فقط جزءا صغيرا من الأطوال الموجية الخضراء، وينتج لونها من الانعكاس.