FARBEN UNTER WASSER

Welche Einwirkungen hat das Wasser auf die Lichtintensität und die Farben?

Unter Wasser entstehen physikalische Unterschiede, wo das Sehen anders ist als an der Oberfläche.

Wasser ist etwa 800 mal dichter als Luft, und darum verhalten sich Licht, Geräusche und Temperatur in Wasser anders.

 

Bild Kurt Amsler 2018.

Das menschliche Auge benötigt einen Luftraum, um scharf sehen zu können, welcher unter Wasser durch die Tauchermaske geschaffen wird.

Einige optische Effekte,treten unter Wasser auf weilsich das Licht im Wasser mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt als in Luft. Wenn das Licht nun die Geschwindigkeit beim Eintritt von Wasser in Luft ändert (wenn es z.B. in die Tauchermaske fällt), ändert es auch seine Richtung etwa (das Licht wird Lichtbrechung oder „Refraktion“ genannt), was wiederum bewirkt, dass wiederum bewirkt, dass alles etwa 33% grösser aussieht.

Daher erscheinen Objekte unter Wasser um 33% grösser und/oder näher, abhängig vom jeweiligen Blickwinkel.

Das Wasser hat aber noch weitere Auswirkungen auf das Licht. Je weiter ein Taucher abtaucht, desto weniger Licht vorhanden ist. Das liegt daran, dass ein Teil des Lichts von der Wasseroberfläche reflektiert, ein anderer Teil von Schwebeteilchen im Wasser zerstreut und ein weiterer Teil vom Wasser selbst absorbiert (verschluckt) wird. Das Wasser absorbiert das Licht das Licht, jedoch nicht das gesamte Licht gleichzeitig, sondern die Farbbestandteile des Lichtes unterschiedlich, abhängig von der Tiefe.

Weisses Licht, wie das der Sonne, besteht aus einer Mischung aller Farben. Wenn nun weisses Licht ins Wasser fällt, erden mit zunehmender Tiefe die Farben nacheinander absorbiert: Zuerst Rot, dannach Orange und Gelb. Da jede Farbe ein Teil des ins Wasser gelangten Gesamtlichtes ist, bleibt bei zunehmender Tiefe immer weniger Licht übrig, wenn das Wasser eine Farbe nach der anderen absorbiert. Dadurch ist tieferes Wasser dunkler und hat weniger Farben. Rote,orange oder gelbe Objekte erscheinen häufig bräunlich,grau oder schwarz.

Um auch bei Tieferen Tauchgängen noch leuchtende Farben sehen zu können, benötigt man eine Unterwasserlampe die ungefiltertes Licht liefert und die Farben wieder zum Vorschein bringt.

Wenn Licht in den Tiefen der Meere zu finden ist, so stammt dieses nicht von der Sonne. Denn deren Strahlen dringen weitaus schwerer durch Wasser als durch Luft. Signifikant sind die Auswirkungen bereits für das Farbspektrum: Die Farbe Rot ist ab etwa einer Tiefe von 10 Metern nicht mehr wahrnehmbar. Blau dringt noch bis zu einer Tiefe von etwa 60 Metern vor, dann herrscht Dunkelheit. Diese Einschränkung des Lichts gilt auch in der Horizontalen.

Wie weit sieht man unter Wasser?

Wir sehen, dass das Licht von einer Oberfläche reflektiert und auf die Netzhaut zurückgelangt. Was bedeutet das für die Meerestiefen? Es bedeutet, dass das Licht die doppelte Strecke zurücklegen muss – und doppelt vom Wasser absorbiert wird. Man kann folglich nur die Hälfte der Strecke sehen – etwa 30 Meter weit.

30 Meter weit kann man sehen – und das ist gar nicht so weit, wenn man so darüber nachdenkt, oder? Ich denke da immer an Jules Verne und die „20.000 Meilen unter dem Meer“ … Was sich wohl dort in der Finsternis des Ozeans verbergen mag … ?

Farbe und Lichtquellen unter Wasser

Wenige Meter Weg des Lichts durch Was­ser, und schon ist als ers­tes der Rot­ton weg. Bei Auf­nah­men in den obe­ren Metern kann mit einem Rot­fil­ter gemo­gelt wer­den. Aber in 30m Tiefe – the „Deep Blue“. Abhilfe schafft die Tau­cher­lampe, der Kame­ra­blitz oder die Licht­quelle der Video — Einheit.

Karibik 17m, ohne Blitz 17m, ohne Blitz

... und mit Blitz… und mit Blitz

 

 

 

 

 

Die Farb­tem­pe­ra­tur der ver­wen­de­ten Licht­quelle spielt beim sub­jek­ti­ven Far­bein­druck eine nicht zu unter­schät­zende Rolle: Die klas­si­schen Unter­was­ser — Licht­quel­len haben einen hohen Rot­an­teil, d.h. die leuch­ten­den Far­ben von Fischen und Koral­len erschei­nen bun­ter und knal­li­ger. Die LED — Leuch­ten mit einer Farb­tem­pe­ra­tur von etwa 5000°K sind Tages­licht — ähn­li­cher, die Far­ben erschei­nen uns kälter.

Frontal angeblitzt = Schwebepartikel reflektieren

Fron­tal ange­blitzt = Schwe­be­par­ti­kel reflektieren

Aber Ach­tung, sel­ten ist das Was­ser ohne Schwe­be­teil­chen. Fron­ta­les Anleuch­ten hat den glei­chen Effekt wie ein Auto­schein­wer­fer im Schnee­trei­ben – vor lau­ter reflek­tie­ren­den Par­ti­keln sieht man nichts mehr. Also u.a. den inte­grier­ten Blitz der klei­nen Digi­tal­ka­mera nicht ver­wen­den, externe Licht­quelle weit seit­lich plat­zie­ren. Und sowieso nah ans Objekt ran, damit noch weni­ger Schwe­be­teil­chen im Strah­len­gang zwi­schen Koralle und Kamera sind.

Warum wird es unter Wasser mit zunehmender Tiefe immer dunkler? Warum haben Unterwasserbilder oft einen blau-grünlichen Farbton? Jeder, der schon einmal etwas tiefer getaucht ist oder sich mit Unterwasserfotografie beschäftigt, wird sich solche Fragen gestellt haben. Um dieses Phänomen zu verstehen, ist es wichtig, sich die Eigenschaften von Licht und Farben vor Augen zu führen.

Das Spektrum des sichtbaren Lichtes

Das sichtbare Licht ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der vom menschlichen Auge gesehen wird (ca. 400 – 700 nm). An diesen Bereich angrenzend, aber nicht mehr mit bloßem Auge zu erkennen, liegen die Wellenlängen der Infrarotstrahlung (ca. 780 nm – 50 µm) und der UV-Strahlung (ca. 1 nm – 380 nm). Elektromagnetische Strahlung lässt sich anhand von zwei physikalischen Maßen angeben: Wellenlänge und Frequenz. Die Wellenlänge beschreibt die Distanz, den die Welle pro Schwingung zurücklegt, z.B. von einem Wellenberg zum nächsten Wellenberg. Die Frequenz gibt die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit an.

Lichtspektrum
„Electromagnetic spectrum c“ by Horst Frank, Phrood, Anony und Jailbird. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Farbabsorption unter Wasser

Unter Wasser gelten andere Bedingungen als an Land. Das Wasser filtert immer mehr Farben mit zunehmender Tiefe heraus. Je nach Wellenlänge dringen die Farben also tiefer ein oder werden schon früher absorbiert. Die Farbe Rot verschwindet zum Beispiel schon nach wenigen Metern, Blau hingegen erst ab ca. 60 Metern. Es gilt: Je kürzer die Wellenlänge der Farbe, desto weiter ist diese sichtbar. Taucht man tiefer als 60 Meter, werden alle Farben absorbiert, so dass die Umgebung schwarz ist. Dieses Phänomen nennt man Extinktion. Diese Regel gilt nicht nur für die Farbsichtbarkeit in die Tiefe, sondern auch in horizontaler Richtung, so dass die Sichtweite unter Wasser alleine schon durch die Lichtabsorption auf ca. 60 Meter begrenzt ist. Weitere Faktoren, wie z.B. gelöste Stoffe oder Schwebeteilchen können die Sicht zusätzlich verringern.

Farbabsorption unter Wasser

Wie man an diesem Bild sehen kann, ist das ROT bereits nach wenigen Metern am Ende. d.h. diese „langen Wellen“ werden gebrochen bzw. absorbiert.

Farbabsorption unter Wasser

Quelle links: Farbabsorption unter Wasser“ by Thomei08. Lizenz: CC-BY-SA 3.0
Quelle rechts: „Farbabsorption_in_Wasser_small“ by Saperaud~commonswiki. Lizenz CC-BY-SA 3.0

Welche Rolle spielt jetzt die Tauchlampe bei dieser Sache? Lassen sich farbliche Defizite unter Wasser damit ausgleichen? Welche Farbtemperatur eignet sich am besten, um eine optimale Ausleuchtung der Unterwasserwelt zu haben? In unserem nächsten Artikel wollen wir genau auf diese Fragen näher eingehen.