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Kurzantwort: Wasser ist von sich aus blau, weil seine Moleküle rotes Licht schwach schlucken. Weißes Licht verliert im Wasser zuerst die roten Anteile, übrig bleiben Blau und Grün. Im Glas fällt das nicht auf, dafür ist der Effekt zu schwach. Ab einigen Metern Wassersäule siehst du die Farbe deutlich. Die Spiegelung des blauen Himmels macht den Ton nur etwas heller.
Ein Glas Leitungswasser sieht farblos aus. Ein Hallenbad leuchtet hellblau, obwohl das gleiche Wasser darin ist und kein Himmel darüber. Dieser Widerspruch ist der Schlüssel zur Antwort.
Die Farbe des Wassers ist eine Eigenschaft des Moleküls selbst. Sie hat mit der Farbe des Himmels wenig zu tun, auch wenn beide blau sind und beide vom Sonnenlicht abhängen. Die Physik dahinter ist bei Wasser und Himmel verschieden.
Wasser schluckt Rot: die Eigenfarbe
Das Wassermolekül H₂O hat zwei Bindungen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff. Diese Bindungen schwingen. Ihre Grundschwingungen liegen im Infraroten, also außerhalb des sichtbaren Lichts. Obertöne dieser Schwingungen reichen aber bis ins Sichtbare hinein.
Laut der englischen Wikipedia liegt die wichtigste dieser Absorptionen bei 698 Nanometern, im tiefen Rot. In flüssigem Wasser verschieben Wasserstoffbrücken sie auf etwa 740 Nanometer, eine weitere liegt bei 660 Nanometern. Jedes Mal, wenn Licht dieser Wellenlängen ein Molekül trifft, kann es geschluckt werden.
Blaues Licht hat es leichter. Die Absorption erreicht bei 418 Nanometern ihr Minimum. Dort liegt der Abschwächungskoeffizient bei nur 0,0044 pro Meter, das entspricht einer Abschwächungslänge von rund 227 Metern. Rotes Licht kommt bei weitem nicht so weit.
Aus weißem Licht wird so auf dem Weg durch Wasser Schritt für Schritt Rot herausgefiltert. Was übrig bleibt, sehen wir als Blau bis Türkis.
Warum ein Glas Wasser trotzdem farblos wirkt
Die Absorption im Roten ist extrem schwach. Wikipedia beschreibt den Versuch, mit dem man sie sichtbar macht. Man schaut durch ein Rohr mit gereinigtem Wasser auf eine weiße Lichtquelle. Das Rohr muss mindestens einen Meter lang sein, und bei etwa 10 Metern Wassersäule ist die Farbe mit bloßem Auge klar erkennbar.
In einem Glas legt das Licht nur wenige Zentimeter zurück. Der Rotverlust ist so gering, dass dein Auge ihn nicht wahrnimmt. Im Hallenbad fällt das Licht bis zum Boden und wieder hoch, das sind mehrere Meter. Deshalb wirkt ein Pool von oben himmelblau, ein Eimer voll mit demselben Wasser nur einen Hauch bläulich.
Einen hübschen Gegenbeweis liefert schweres Wasser (D₂O). Dort ersetzt Deuterium den Wasserstoff, die Moleküle schwingen langsamer, und alle Absorptionen rutschen weiter ins Infrarote. Schweres Wasser schluckt kein Rot und wäre auch in großer Menge farblos.
Der Himmel ist ein anderer Fall
Viele glauben, das Meer sei blau, weil es den Himmel spiegelt. Wikipedia nennt das ein verbreitetes Missverständnis. Die Spiegelung verschiebt den Farbton lediglich Richtung Azur und macht ihn heller.
Der Himmel bekommt sein Blau durch Streuung. Luftmoleküle lenken kurzwelliges Licht stärker ab als langwelliges. Laut der deutschen Wikipedia wird blaues Licht in Luft etwa 10-mal stärker gestreut als rotes. Das nennt sich Rayleigh-Streuung. Das gestreute Blau erreicht dein Auge aus allen Richtungen, deshalb ist der ganze Himmel blau.
Bei Wasser passiert das Gegenteil. Rot wird geschluckt, Blau kommt durch. Die folgende Übersicht stellt beide Mechanismen nebeneinander.
| Wasser | Himmel | |
|---|---|---|
| Mechanismus | Absorption durch Molekülschwingungen | Rayleigh-Streuung an Luftmolekülen |
| Was mit Rot passiert | wird geschluckt (um 660 und 740 nm) | geht fast ungestreut durch |
| Was mit Blau passiert | kommt durch, Minimum bei 418 nm | wird etwa 10-mal stärker gestreut |
| Nötige Strecke | einige Meter, deutlich ab 10 m | die gesamte Atmosphäre |
| Beweis | Hallenbad ohne Himmel leuchtet blau | ohne Luft wäre der Himmel schwarz wie der Weltraum |
Warum Meer, See und Gletscher unterschiedlich aussehen
Damit du die Farbe überhaupt siehst, muss Licht aus der Tiefe zurückkommen. Nach einigen zehn Metern hat Wasser laut Wikipedia alles Licht geschluckt. Ohne Streuung an Partikeln wäre jedes Gewässer schwarz. Die US-Ozeanbehörde NOAA schreibt, dass kaum Licht tiefer als 200 Meter dringt und keines tiefer als 1.000 Meter.
Schwebeteilchen, Algen und gelöste Stoffe werfen Licht zurück und färben es dabei um:
- Klares Wasser mit wenigen Partikeln wirkt am stärksten blau bis türkis, etwa in Bergseen.
- Algen färben Flüsse und Küstenwasser grün bis blaugrün.
- Tannine, gelöste organische Stoffe, machen Wasser dunkelbraun.
- Gesteinsmehl von Gletschern färbt Seen hell türkis, wie den Lake Pukaki in Neuseeland.
- Roter Schlamm gibt dem Colorado River seinen Namen.
Gletschereis leuchtet aus demselben Grund blau wie tiefes Wasser. Der Druck presst die Luftblasen aus dem Schnee, das Eis wird dicht, und Licht legt darin lange Wege zurück. Normaler Eiswürfel bleibt weiß, weil er voller Luftblasen ist und zu klein für den Effekt.
Häufige Fragen
Ist reines Wasser wirklich blau?
Ja. Wikipedia beschreibt es als schwache, himmelblaue Eigenfarbe, die mit der Dicke der Wasserschicht zunimmt. Im Glas ist sie unsichtbar, ab etwa 10 Metern klar zu sehen.
Wasser schluckt Rot. Warum sieht es dann blau aus?
Was geschluckt wird, siehst du nicht mehr. Du siehst nur das Licht, das durchkommt oder zurückgeworfen wird, und das ist nach dem Rotverlust blau.
Ist das Meer blau, weil es den Himmel spiegelt?
Nur zum kleineren Teil. Die Spiegelung macht den Farbton heller und azurfarben. Die Grundfarbe kommt aus der Absorption im Wasser selbst.
Warum ist mein Schwimmbad blau, aber die Badewanne nicht?
Im Pool durchläuft das Licht mehrere Meter Wasser bis zum Boden und zurück. In der Wanne sind es wenige Dezimeter, das reicht für den Effekt nicht aus.
Warum ist das Meer an manchen Stellen grün oder braun?
Algen färben es grün, Schwebstoffe und gelöste organische Stoffe braun oder rot. Das überlagert die blaue Eigenfarbe.
Warum ist Gletschereis blau?
Weil es unter Druck fast keine Luftblasen mehr hat. Licht wandert weit im dichten Eis, verliert dabei Rot und tritt blau wieder aus.
Quellen
- Wikipedia (en) — Color of water
- Wikipedia (en) — Electromagnetic absorption by water
- NOAA National Ocean Service — Why is the ocean blue?
- Wikipedia — Himmelsblau
Geschrieben von Clara, Redaktion wissens-bote.de — sie erklärt hier Alltagsfragen mit belegten Antworten.
