I colori della natura: il cielo e il mare
I colori sono parte essenziale della nostra esistenza: ci permettono di riconoscere e distinguere gli oggetti, catturano il nostro sguardo fino a indirizzarlo verso una determinata cosa o persona, condizionano le nostre scelte (addirittura quelle alimentari) e il nostro umore.
Non è un caso che prestiamo sempre molta attenzione ai colori dei vestiti che indossiamo o alle tinteggiature delle pareti delle nostre abitazioni; altrettanto, forse, non si può dire per i colori delle bellezze della natura, che la maggior parte di noi considera un dato di fatto. Diamo per scontato che il mare sia blu e il sole giallo; ma siamo a conoscenza del perchè di tutto ciò?
Come si può spiegare la percezione del colore o meglio il senso cromatico?
Sono diversi i fattori che determinano il senso cromatico:
- fattori di ordine fisico in relazione alle caratteristiche delle radiazioni luminose e della natura dei corpi;
- fattori di ordine fisiologico in relazione alle caratteristiche e alle modalità processuali del sistema visivo;
- infine, fattori di ordine psicologico in relazione all’esperienza del colore.
Possiamo quindi affermare che la visione del colore è un’esperienza tanto soggettiva quanto oggettiva.
Per meglio comprendere il fenomeno occorre soffermarsi sulla luce e sui processi visivi di elaborazione.
Cominciamo dalla luce, che illumina il nostro meraviglioso pianeta e come questa, attraverso la propagazione nell’atmosfera, l’assorbimento e la sua riflessione, sia in grado di influenzare il colore del mondo che ci circonda.
Oggi sappiamo con precisione che la luce solare è composta da lunghezze d’onda che vanno dall’ultravioletto all’infrarosso. Di queste lunghezze d’onda, l’occhio percepisce quelle cosiddette dello spettro visibile (da 380 nm ai 780 nm), in pratica le onde elettromagnetiche relative ai colori compresi tra il violetto (con lunghezze d’onda molto corte) e il rosso (lunghezze d’onda molto lunghe), passando per tutti i colori dell’arcobaleno (Fig. 1).
Nell’attraversare l’atmosfera, una frazione dei raggi solari viene assorbita o deviata (scattering) a seguito degli urti con le molecole dei vari gas atmosferici (inclusi il vapore acqueo, le nubi e gli aerosol). L’attenuazione interessa tutte le lunghezze d’onda dello spettro, ma in maniera differenziata, con la conseguenza che lo spettro elettromagnetico risultante assume un profilo irregolare. Come detto, il Sole emette anche raggi Ultravioletti (quelli a sinistra del viola) e Infrarossi (quelli a destra del rosso), che tuttavia non sono visibili al nostro occhio. Ci accorgiamo della loro presenza solo per i loro “effetti”: gli ultravioletti ci abbronzano (e sono anche causa di eritema…), gli infrarossi ci riscaldano.
Perché il cielo appare azzurro?
Come abbiamo visto nel grafico della figura 1, lo spettro solare al di fuori dell’atmosfera ha un picco nella zona dell’azzurro; tale picco si riduce drasticamente nel momento in cui la luce solare arriva al livello del mare. Le molecole dei gas presenti in atmosfera, troppo piccole per essere intercettate dai raggi ad alta lunghezza d’onda (rosso e arancione), vengono da queste “oltrepassate” mentre tendono a interferire con i raggi a lunghezza d’onda più corta (azzurro e blu) riflettendoli in varie direzioni (Fig. 2). Ecco che ha luogo il cosiddetto fenomeno di Rayleigh in cui la frequenza della radiazione diffusa è uguale a quella della radiazione incidente (David L. Andrews. Rayleigh Scattering and Raman Effect, Theory. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition) 924-930, 2017). L’aumento dell’oscillazione delle molecole di ossigeno e azoto produce luce blu, che viene diffusa in modo omogeneo, permettendoci di vedere il cielo di quel colore (Fig. 3).
Il colore rosso del cielo al tramonto?
La suggestione del tramonto rosso o rossastro deriva essenzialmente dalla posizione del sole rispetto alla Terra. Quando il sole è vicino all’orizzonte (tramonto), al nostro occhio arriva la luce che ha colpito la terra, e quindi l’atmosfera, tangenzialmente (Fig. 4). Riprendendo ciò che abbiamo detto prima, circa la riflessione delle particelle presenti nell’atmosfera, all’ora del tramonto i raggi devono attraversare un lungo tratto di atmosfera e quindi la luce blu si “attenua” ancora di più, consentendo alla lunghezza d’onda più lunga (rossa) di diffondersi maggiormente (Red Sunrise, Blue Sky, and Red Sunset: the Light Refraction of Earth Atmosphere. Journal of Advances in Physics, 9(3):2517-2522, 2015). Così tutto il cielo intorno al sole prende un colore rosso e giallo (Fig. 5).
Il colore del mare?
Molti pensano erroneamente che il colore blu del mare dipenda dal fatto che l’acqua rifletta il colore del cielo. Invece, nella determinazione del “blu mare” giocano un ruolo importante l’assorbimento e la diffusione della luce. In particolare, si tratta dell’“Effetto Raman”, caratterizzato dalla frequenza della radiazione diffusa superiore o inferiore a quella della radiazione incidente; le particelle sospese nel liquido diffondono la luce nel mare, eliminando le ombre solo a pochi metri di profondità, ma ciò che definisce il colore blu è l’assorbimento. La radiazione luminosa del sole, infatti, è formata da onde elettromagnetiche con diverse lunghezze d’onda: il nostro occhio vede solo lunghezze d’onda inferiori all’infrarosso, cioè il rosso, l’arancione, il giallo, il verde, il blu, l’indaco e il violetto; l’acqua però assorbe i raggi luminosi in base alla profondità. Vengono assorbite le onde elettromagnetiche della regione del rosso e l’occhio percepisce la luce riflessa verde e blu dando al mare il suo inconfondibile colore (Fig. 6-7).
Come per il cielo e l’atmosfera, anche qui dobbiamo considerare la massa che la luce deve attraversare e quindi la profondità del fondale (Fig.8). Se ci troviamo in mezzo all’oceano, la luce non riuscirà a penetrare per più di qualche centinaio di metri; quindi, in altre parole, non avremo alcun tipo di riflesso del fondale e vedremo l’acqua di un blu scuro e intenso (Lynch, David K. and William Livingston. Color and light in nature. Cambridge University Press, 2001). Se invece siamo vicini alla costa, magari in un’affascinante isola tropicale dalle bianche spiagge, vedremo l’acqua di un azzurro-turchese brillante dovuto in parte al riflesso del fondale marino. In sostanza, il mare assume diversi colori (Fig. 9) in base a tanti fattori: la sua profondità, la presenza di alghe, della sabbia e ahimè del suo stato d’inquinamento.
Conclusione
Come abbiamo visto, tutto ciò che ammiriamo è composto da strutture molecolari che in parte assorbono e in parte riflettono la luce che le irradia. È proprio la luce riflessa che entra nei nostri occhi a determinare il colore dell’ambiente dove noi viviamo e tutto ciò attraverso una serie di processi neurofisiologici (illustrati nell’approfondimento scientifico).
Questo breve viaggio nei colori della natura ha lo scopo di richiamare l’attenzione sulla bellezza di ciò che ci circonda. Nulla è scontato e ogni fenomeno naturale ha una sua funzione ed una sua spiegazione.
A prescindere dalla motivazione scientifica, dobbiamo essere in grado di comprendere che tutto ciò che percepiamo intorno a noi è un autentico miracolo, e come tale dobbiamo saperlo cogliere.
I colori sono i sorrisi della natura.
(Leigh Hunt)
Occhiocapolavoro
Dott. Giuseppe Trabucchi – Medico Chirurgo – Specialista in Clinica e Chirurgia Oftalmica
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Iscrizione Ordine dei Medici Chirurghi di Milano n. 25154