Lichtbrechung unter Wasser

[Thorsten Falke, Helgoland]

Hallo!
Die Wetterhütte der DWD-Station Helgoland meldete heute 25 Grad Celsius. Für Helgoland eigentlich ein sagenhaft hoher Wert. Solch eine Temperatur ist für uns "absolute Hitze" und deshalb lag es nahe, sich, mit bis an die Waden in der Nordsee, eine Abkühlung zu verschaffen.
Wunderbar konnte man dabei die unterschiedlichsten Seetangarten im seichten Uferwasser schwimmen sehen. Ebenso waren die "Lichtspiele" unter Wasser, verursacht durch Kräuselung an der Wasseroberfläche, faszinierend zu beobachten. Das folgende Bild mag ungefähr zeigen, was ich meine, nämlich die hellen Streifen am Grund:
http://www.duene1.de/pl/kraeuselung.jpg ca. 150 Kilobyte

Plötzlich fiel mir auf, das anscheinend unter einem bestimmten Sichtwinkel die hellen, sonst weißen Streifen, farbig zu sein schienen. Mit den Augen war das jedoch schwierig festzustellen, da die Lichtstreifen am Grund sich, mit der Bewegung der Welle an der Oberfläche, in einem fort bewegten. Also beschloß ich, einige Aufnahmen zu machen. Die folgende Aufnahme zeigt dann, was ich vermutete.
Auf dem Bild sieht man eine Muschel in ungefähr 10 Zentimeter Wassertiefe. Das Bild wurde mit einem Makroobjektiv gewonnen und die Abbildung ist circa doppelt so groß, wie in Natur. Wenn ich mich recht erinnere, stand die Sonne links von mir (90 Grad) ISO 100, 1/400 s, Blende 8:
http://www.duene1.de/pl/unterwasser.jpg ca. 205 Kilobyte
So ganz ist mir die Reihenfolge der Farben und überhaupt die Entstehung dieses "Unterwasserbogens" noch nicht klar. Ich werde mich bei nächster Gelegenheit aber mal genauer damit beschäftigen und meine Beobachtungen gegebenenfalls hier mitteilen.
Wenn jemand eine Internetseite oder Literatur kennt, die sich mit diesem Thema beschäftigt, werde ich über einen Hinweis dankbar sein.
Grüße
Thorsten

[Claudia Hinz]

Hallo Thorsten,

eine sehr interessante Beobachtung, finde ich. Mir ist jetzt auf Anhieb keine Literatur bekannt, in der so etwas erwähnt wäre. Aber ich könnte mir vorstellen, daß in Marcel Minnarts Buch was zu finden ist, werde mal nachschauen.

Deine Beobachtung wäre auf jeden Fall was für die internationale Atmosphärenseite, auf der übrigens der Japaner Yuhi Ayatsuka gestern eine herrliche Zederncorona gepostet hat, die aufgrund der Intensität und der ungewöhnlichen Farben wirklich sehenswert ist.

Viele Grüße in den hohen Norden
Claudia

[Joann S.]

Hallo Claudia, Hallo Thorsten,

Die Muster auf dem Grund entstehen durch die Wellen, die ähnlich wie Linsen wirken. Wellenberg ergibt eine Sammellinse, Wellental eine Zersteueungslinse. Die Abmessungen der Wellen bestimmen die Brennweite der "Wasserlinse". Ähnlich wie Glas, weißt Wasser auch eine Dispersion auf, d.h. die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes werden unterschiedlich gebrochen, was zu einer farblichen Aufspaltung führt. Im Titel deines Postings hast du das ganze ja schon ganz richtig als "Lichtbrechung unter Wasser" bezeichnet

Beschrieben worden ist das ganze auch schon. Z.B.:
http://www.uni-muenster.de/imperia/md/c ... eihand.pdf

Viele Grüße
Joann

[Christian Fenn]

Hallo alle, da war Joann etwas schneller als ich. Macht nichts, dann fasse ich mich kurz und stimme einfach zu.

Vielleicht darf man sich nicht täuschen lassen, wenn man die Wellen am Boden häufig als weiß wahrnimmt. Zum einen bewegen sie sich sehr schell und überlagern sich daher - zumindest aus Sicht des etwas trägen Auges - ständig zu weiß. Zum anderen können sie sich auch physikalisch zu weiß überlagern. Eine Welle im Wasser hat oft viele Brennweiten gleichzeitig. Die Folge davon ist, dass sich Licht auch an viele Stellen gleichzeitig bricht. Treffen diese vielen unterschiedlich gebrochenen Strahlen auf einem Gegenstand auf, dann überlagern sie sich wieder zu weiß. Außnahmen bilden die Ränder zur dunklen Stelle im Wasser. Diese werden auf der einen Seite rötlich, aber der anderen bläulich. Das fällt uns aber nicht auf.

Dass die Bilder von Thorsten so eine saubere Farbtrennung aufzeigen läßt vermutlich auf sauber "geschliffene" Wellen schließen.

Und jetzt würde ich gerne in so ein Wasser springen. Hier ist es nämlich sau warm.

[Thorsten Falke, Helgoland]

Hallo!
Herzlichen Dank für die Antworten!
Die Seite der Uni-Münster beschreibt ausführlich die Entstehung des Musters auf dem Grund. Nur kurz wird angerissen, das auch "farbige Säume" auftreten können. Wie die Farbsäume entstehen, darauf wird leider nicht eingegangen.
Das Prinzip, das ein Wellenberg (ich möchte in diesem Zusammenhang lieber die Bezeichnung Wellenkamm verwenden) als Sammellinse wirkt und somit womöglich das Licht in die Spektralfarben zerlegt, leuchtet sogar mir ein. Mein Interesse ist jetzt dahinhehend, ob es sich bei parallel zu den Lichtstrahlen verlaufenden Wellenkämmen leichter zu beobachten ist, als wenn die Wellenkämme den Lichtstrahlen sozusagen rechtwinklig entgegen oder davon laufen. Man kann da ganz einfach einen Freilandversuch starten, indem man sich in das Wasser begibt und mit den Füßen die entsprechenden Wellenrichtungen erzeugt. So ein bißchen Zittern um die Fotoausrüstung gehört ebenso dazu, wie merkwürdige Blicke der Strandurlauber.
Heute war es hier überwiegend wolkig, so dass ich keinen Versuch unternehmen konnte. Wenn mir weitere Aufnahmen gelingen, werde ich mich wieder melden.
@Claudia: Ich werde mich mal bemühen, einen Bericht in englisch zu verfassen und den dann an die von Dir genannte internationale Atmosphärenseite senden. (Auweia, ich und mein englisch)
Grüße
Thorsten