AhA: Warum ist das Meer blau?

Von wegen blau! Wasser ist zunächst einmal farblos – zumindest im Glas und in der Sprudelflasche. Auch im Schwimmbad täuschen nur die Kacheln einen Blauton des Wassers vor. Das Meer dagegen ist tatsächlich blau, wenn nicht zu viele Algen darin herumschwimmen. Zwar hört man gelegentlich, die Farbe des Himmels spiegele sich in der Meeresoberfläche. Aber selbst wenn der Himmel fast weiß ist, bleibt das Wasser azurblau. Warum?

Am Strand können wir beobachten, dass sauberes Wasser mit zunehmender Tiefe seine Farbe ändert. Nah am Ufer ist es farblos. Nur wenn Licht eine weite Strecke durch die Flüssigkeit zurücklegt, filtern die Wassermoleküle aus dem angebotenen Farbspektrum des Sonnenlichts bestimmte Wellenlängen so stark heraus, dass sich eine Blaufärbung ergibt.

Das Sonnenlicht versetzt Moleküle jeglicher Bauart in Schwingungen. Im Innern der Moleküle vibrieren die Atomkerne genauso wie die Elektronen, die sie umgeben. Sie nehmen Licht auf und werden beschleunigt. In der Regel machen sich nur die hin und her geschüttelten Elektronen bemerkbar. Bei jedem Stoff, ob Blätter oder Blüten, ruft die jeweilige Anordnung der Elektronen einen charakteristischen Farbeindruck hervor. Nicht so bei Wasser:

„Nur bei Wasser kommt die Farbe durch die Bewegung der Atomkerne zustande“, sagt Johannes Schmid-Burgk vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Sie schwingen in komplexer Weise: Zum Beispiel können sich die Kerne der beiden Wasserstoffatome gleich- oder gegenläufig zum Sauerstoffkern bewegen.

Im Vergleich zu den Elektronen schwingen die schweren Kerne langsam. Deshalb werden sie vorzugsweise durch langwelliges Licht angeregt. Dieses Infrarotlicht nehmen wir mit unseren Augen nicht wahr und normalerweise sehen wir die Bewegungen von Atomkernen nicht.

Aber zu jeder Grundschwingung gibt es Obertöne mit kürzeren Wellenlängen. Schlägt ein Gitarrist eine Saite an, kann er diese Obertöne beim Flageolett-Spiel hörbar machen. Das Besondere an Wasser ist, dass es die Schwingungen der Atomkerne bis hinauf zum siebten Oberton sichtbar macht. Zu diesen Vibrationen werden die Atomkerne durch das langwelligste gerade noch sichtbare Licht, nämlich Rotlicht, stimuliert – immerhin effizient genug, dass im Meer nach ein paar Metern nahezu der komplette Rotanteil des Sonnenlichts verschwunden ist. Übrig bleibt ein oft malerischer Blauton. Thomas de Padova