Снег делает зиму белой, он будто скрывает темноту и грязь осени, поэтому приносит столько радости. Особенно его любят дети. Для них снег — одна из главных зимних забав. Из него детвора делает крепости и снеговиков, катается по нему на лыжах и санках или без видимой цели просто барахтается в нём часами. Немудрено, что наступает момент, когда малыши начинают интересоваться у родителей, почему снег белый.
Природа света и его роль
Чтобы ответить на этот вопрос исчерпывающе и доступно, взрослые должны владеть определёнными знаниями о свете, восприятии цвета и снеге. Но начать нужно с видимого света. Всё вокруг пронизано электромагнитными волнами, однако люди способны видеть лишь их мизерную долю. Видимая часть спектра состоит из волн длиной от 550 до 630 нанометров.
Все, что находится вне этого узкого спектра, остается невидимым для человеческого глаза. Правда, волны могут ощущаться иными органами чувств, например, ультрафиолет невозможно увидеть, но он греет кожу и даже может обжечь ее, если долго находиться на солнечном пляже.
Зрение — бесценный дар природы, благодаря которому у людей есть возможность создавать устойчивую картину бытия и познавать мир. Однако без света человеческое зрение превращается в бесполезный инструмент. Это легко показать ребёнку, зайдя в комнату, где нет окон, например, в ванную комнату. Пока горит свет, предметы вокруг видны, их цвета различимы. Но стоит лампочке погаснуть, комната погружается в непроглядную тьму, все вещи и цвета перестают существовать для зрения, пока их снова не осветит солнце, живой огонь или электрическая лампочка.
Благодаря свету и сложному механизму зрения люди способны видеть вещи и явления. Причём глаза воспринимают не сами предметы, а отражённые от них световые волны, которые кодируются в особые импульсы и перерабатываются мозгом в изображение. Если говорить очень упрощённо, то в зрительном процессе непременно должны присутствовать следующие элементы:
- видимый предмет (например, снежинка);
- свет, падающий на него;
- глаз, улавливающий отражённые от предмета видимые волны и посылающий сигналы мозгу;
- мозг, способный интерпретировать сигналы и создавать из них чёткую картинку предмета со всеми его свойствами: формой, ориентацией в пространстве, цветом, размером.
Восприятие цвета
Чтобы понять, почему снег белый, нужно знать, из-за чего люди видят вещи цветными. Глаза способны воспринимать лишь три цвета: зелёный, красный и синий. Из них и их оттенков мозг создаёт всё цветовое многообразие. Хотя не все видят одинаково. Дальтоники из-за генетических сбоев совсем не различают некоторые цвета, окружающее для них выглядит слегка иначе, чем для человека с нормальным зрением.
Свет, являясь волной, отражается от поверхности предмета, когда падает на него. Сетчатка глаза улавливает эти отражения с помощью особых рецепторов, называемых колбочками. В ней около 7 миллионов колбочек, каждая из них настроена на один из трёх воспринимаемых глазом цветов: красный, зелёный или синий. Сигналы от рецепторов передаются в мозг. Тот, словно художник с палитрой в руках, получает из смешения трёх имеющихся в его распоряжении цветов строго определённый оттенок.
Воспринимаемый цвет зависит от многих факторов (например, от интенсивности светового потока, его распределения в спектре, угла его отражения, формы предмета). Но в первую очередь он определяется способностью предмета поглощать и отражать своей поверхностью световой поток. По этому критерию предметы можно разделить на четыре группы:
- Пропускающие свет. Родниковая вода или прозрачное стекло невидимы для глаза, если они достаточно чисты.
- Поглощающие свет целиком. Такие предметы имеют чёрный свет.
- Частично поглощающие и отражающие световые волны. Многие предметы относятся к этой группе. Они отражают от своей поверхности волны определённой длины, которые интерпретируются мозгом как определённый цвет. Остальные волны бесследно поглощаются поверхностью предмета.
- Отражающие свет. Такие предметы глаз видит белыми, например, лист бумаги или чистый снег в солнечный день.
Белые снежинки
У детей пытливый ум, они много времени проводят в практическом изучении снега и знают, что снежинка — это маленькая льдинка, которая легко тает и превращается в прозрачную капельку воды. Ребёнок может поинтересоваться у взрослых, почему снег белый, если состоит из множества льдинок, а также почему сугробы не напоминают прозрачное стекло.
Всё дело в строении снежинок. Они образуются из капелек воды, которые притягиваются к микроскопическим пылинкам и при минусовой температуре превращаются в кристаллические шестиугольные пластинки или звезды. Все снежинки похожи, но нет ни одной одинаковой. Эти миниатюрные льдинки образуют весь снежный покров Земли, и именно они, разламываясь под ногами, вызывают в морозный день громкий хруст при ходьбе.
Снежные кристаллы состоят из воды и воздуха, поэтому прозрачны, но они имеют множество граней, расположенных под разными углами. Упавшие на снежинку световые волны попадают в зеркальную ловушку, они много раз отражаются от граней, мечутся внутри кристалла и в итоге полностью отсвечиваются. Глаз воспринимает весь спектр отразившихся от снега световых волн, а мозг интерпретирует полученные сигналы в виде белого цвета. По той же причине снежные равнины искрятся в солнечные дни. Снежинки превращаются в бесчисленные зеркала, которые посылают в пространство вокруг себя миллионы солнечных зайчиков.
Однако цветовое восприятие зависит от типа света и условий среды. Так, солнечный свет делает снег девственно белым. В сумерках сугробы кажутся серыми и невнятными. В погожий день лежащая в тени снежная поверхность выглядит тёмно-синей. В углублениях сугроба снег приобретает самые причудливые оттенки, он может быть изумрудно-зеленым, синим или нежно-голубым.
Интересные факты
Слово «белоснежный» вызывает у большинства людей устойчивые ассоциации, связанные с чем-то безукоризненно белым, чистым, нетронутым (например, со свежими простынями, платьем невесты, бескрайними зимними полями). Но снег может быть и других цветов. Иногда природа преподносит сюрпризы.
В высокогорных районах и высоких северных широтах, например, на Земле Франца-Иосифа, Камчатке или в Арктике, снег бывает красноватого или кремово-розового цвета. Но самое удивительное, что он имеет не только необычный оттенок, но и арбузный привкус.
Снег приобретает непривычный цвет из-за маленьких водорослей, которые носят поэтичное и малопонятное название «снежные хламидомонады». В отличие от теплолюбивых растений они преспокойно живут в условиях низких температур. Снег и ледяные глыбы для них являются родной средой обитания.
Во время морозов хламидомонады неподвижно лежат в снежном покрове, но с приходом оттепелей снежные водоросли начинают интенсивно размножаться, окрашивая все вокруг в контрастные на белом фоне цвета. В разных точках планеты эти организмы придают снегу не только красноватый цвет, но и голубой, зелёный, бурый, жёлтый и даже насыщенно чёрный. Раскраска снега зависит от пигмента, который отличается у разных видов снежных хламидомонад.
Другой природный фокус — жёлтый или оранжевый снег. Тёплые и мощные потоки воздуха приносят в Россию из африканских пустынь облака, полные песчинок, вокруг них образуются снежинки с жёлтым оттенком. Такой снег выпадал в Краснодарском крае.
Не следует забывать о человеческом факторе. Из-за химических выбросов и систематического загрязнения воздуха снежинки в промышленных районах бывают совершенно неестественного цвета: ядовито-зелёного, жёлтого, чёрного, коричневого. От такого снега детей нужно держать подальше.