空はなぜ青いのか?

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 単純そうで実は知られていない


冬の空は灰色系が多いですが、
春~秋にかけて、晴天の大空が青いのはなぜか、子供に聞かれたとき、どう答えれば良いか?


  波長の短い青と紫


大気中(おおぞら)には多くの空気分子が漂っています。



酸素・二酸化炭素・窒素・アルゴン・ネオン・ヘリウム・メタン・水素・オゾン・キセノン…その他30種以上。
ちなみにそれら大気の重さは1ℓあたり、晴れた日で1.3グラムです。



▲大気1ℓは1.3g

  晴天はなぜ青いか?


太陽光は白色透明に見えますが、実はさまざまな色の光で出来ています。


これが太陽光のスペクトルです。
矢印の範囲が目に見える範囲です。


太陽光が地球の大気圏に入ったとき、その中で波長の短い青と紫の光が大空の空気分子とぶつかり、広く散乱します。
そして人間の目の感度は紫よりも青が10倍勝っているため、紫は影をひそめ、青ばかりが見えます。



いっぽう、波長の長い赤、橙、黄色い光は、空気分子とぶつかっても散乱が少なく、
地面まで真っすぐ届くことが多いので、
散乱度の強い青に負けてしまいます。


それが、晴天の空が青く見える理由です。

  夕焼けはなぜ赤いのか?


夕方は太陽が真上ではなく、地平線の彼方にありますよね、


そのため太陽光がかなり斜めから差し込むので、昼間に比べ、大気圏突入から私たちのところまで、移動距離がずっと長くなります



波長が短くて早く散乱しやすい青と紫は、昼間より私たちから何10倍も遠いところで空気とぶつかり、
とっくに散乱し終わっているため、私たちの居る場所まで届きません。


そして空気とぶつかっても散乱しにくい 波長の長い、赤・橙・黄が私たちのところに届きますが
   ↓
その中で最も波長の長い赤が到達しやすいため、
夕方の大気は赤くなりやすいのです。


▼最大の原因は斜めに突入する太陽光

  夕焼けのまとめ

●夕方は私たちと太陽の距離が遠くなる
   ↓
●地平線から極端に斜めに太陽光が入るので、太陽光の進む距離が長くなる
   ↓
●大気圏突入後、早めに散乱しやすい青と紫は、私たちの見える場所から遥か向こうで散乱し終わっており、
 残りの赤や橙、黄色が私たちの近くまで到達する。その中でも最も波長の長い赤ばかり到達しがち。



そのせいで、夕焼けが起こるのですね。


また宇宙空間では空気がほとんどないため、太陽光は散乱されずに、周りが黒くなります。


  海はなぜ青いのか?


光の反射(散乱)は思った以上に強い性質をもち、海の色にも影響します。


冒頭で示した光のスペクトル、
ここでもう一度出します▼


太陽光が海に突入すると、何が起こるでしょう?
   ↓
なんと、上述のスペクトルのうち
青と紫以外は、ほぼ海水に吸収されてしまい
海底に当たって、水面に帰ってくるのは青と紫だけです。


最初に説明したように、人間の目は紫よりも青に対して感度が10倍良いので、青ばかりが見えます。
それが、海が青く見える理由です、
海水が青いのではありません、海水そのものは透明です。

  うす青い海


海底が浅く…

◆ サンゴ礁
◆ 白い砂

など白系・明るい系で覆われていれば、光は海底で反射(散乱)して明るい色に変化します。


沖縄や南国のビーチがうす青く美しいコーラル系なのは
サンゴ礁や白い砂によるものです。


沖縄や南国の海は、海底の色があの美しさを作り出しているのです。



沖縄の海は多少曇ってても美しいうす青色です、
ほんとうらやましいですよね。


そしていくらサンゴや白砂が豊富でも、海が深ければ、海底に到達した光の反射は、なかなか水面に帰って来れず、暗い海となります。


ハワイの海もビーチ以外が暗い色なのはそれと同じ理由、
海底がいくら白い砂で覆われていても、海底に行った太陽光は、深すぎて水面まで戻ってこれないのです。

▼カウアイ島のナパリコースト



カウアイ島北東部にあるナパリコーストはかなり深く、ハワイの中にあって暗い部類に入る。

  黄色い海


例外もあり、青くならない海もあります、
その原因は流れ込む砂の色です。


中国と韓国の間にある

渤海(ぼっかい)…中国発音「ポーハイ」
黄海(こうかい)…中国発音「ファンハイ」


季節限定で黄色くなる海です。


まあ黄海という名称が付いてますが、
実際には黄河の河口で、より黄砂が流れ込みやすい
渤海(ぼっかい)のほうが黄色いですね、
これも黄砂が発生する春~夏限定の色です。


  赤い海ってあるのか?


紅海(こうかい)
アラビア語: البحر الأحمر‎, =アルバララマール



◆ ここで発生するトリコデスミウムという海藻が大量死滅し、その際に赤褐色になる

◆ 周囲の陸地・崖が鉄分を含んだ赤い土地だから赤くなる


などと言われてますが。
それは季節的・一時的なもので、年間のほとんどは美しいマリンブルーですよ。
ちなみに、ここに流れ込む河川は1本もないという珍しい海です。


紅海のリゾート地:シャムエルシェイク


紅海は世界5大美しい海…と言われています。
一年中、このような美しいブルーの海です。

  池が緑色の理由


緑色に染まりやすいものに「池」があります。



なぜ池の多くは緑色なのか?


それは有機物が多いからですね。
ちなみに有機物とは…

●炭素c
●水素H
●酸素O
●窒素N

などの元素を多く含むと有機物になります。


逆に…

●一酸化炭素CO
●二酸化炭素CO2
●炭酸カルシウムCaCO3

などの簡素な炭素化合物は無機物となります。



池の中でも特に緑色になりやすい池は、
河川や地下水の流入が非常に少なく、そのせいで水の入れ替えがなかなか起こらない池です。


そんな池では、有機物であるコケ・植物性プランクトン・アオコなどの発生がしやすい。


ときどき海のような青い池が見れるのは、
河川や地下水が豊富に流入し、
蒸発 ⇔ 流入 …という入れ替えサイクルが順調な池であるためです。


▼海のように青い池


今回もお付き合い頂きありがとう御座いました。

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