Le particelle che costituiscono i colori
Talune colorazioni in natura non sono conseguenza di particolari caratteristiche fisiche o chimiche degli oggetti, bensì della dimensione delle particelle che li costituiscono. Ciò è di grande importanza nel fenomeno della diffusione. Si parla di diffusione di un’onda ogni volta che questa, incontrando un ostacolo, viene deviata dall’originaria direzione di propagazione. Nel caso della luce, ciò avviene per esempio quando i fotoni che la costituiscono attraversano una regione popolata di particelle libere – fumo, pulviscolo, molecole di un gas – con le quali collidono, oppure quando incidono su una superficie che induca uno sparpagliamento del fascio luminoso.
Il primo caso è quello dei colori tendenti all’azzurro. Questi si manifestano quando la luce bianca del Sole viene diffusa da corpuscoli microscopici, più piccoli della lunghezza d’onda della radiazione, quali molecole dell’atmosfera, sali presenti nei laghi montani o nei seracchi. Una superficie non speculare può apparire colorata anche se illuminata da luce bianca. Il caso banale è quello di una superficie che assorba talune componenti e non altre: carte, stoffe o plastiche, colori della tavolozza, sabbie rosse o argille ocracee, foglie e via dicendo. La buccia dell’arancia, ad esempio, assorbe tutta la gamma dal violetto al verde, mentre diffonde il giallo, l’arancione e il rosso.
Ma si possono avere effetti di colorazione anche in assenza di assorbimento, ed è appunto quando le dimensioni dei corpuscoli diffondenti sono piccole rispetto alla lunghezza d’onda della luce.
Diffusione acromatica e cromatica
Si parla di diffusione acromatica quando il contenuto spettrale della luce diffusa è eguale a quello della radiazione incidente; cromatica in caso contrario. La prima si ha se la luce è diffusa da superfici non levigate – carta da lettere, pareti a intonaco, distese di neve – che in genere appaiono bianche se colpite da luce bianca; in tal caso la scabrosità delle superfici si presenta su scala più grande della lunghezza d’onda della luce. Nello spettro dell’iride, la lunghezza d’onda è compresa tra gli 0,4 micron del violetto e gli 0,8 micron del rosso profondo (un micron è un millesimo di millimetro), laddove le piccole superfici orientate a caso che costituiscono una superficie scabra hanno dimensioni di molti micron.
L’esempio più noto di diffusione cromatica si ha con le molecole atmosferiche responsabili della colorazione azzurra del cielo. In tali condizioni, la diffusione è detta “di Rayleigh”. In essa sono fortemente privilegiate le radiazioni di piccola lunghezza d’onda: il violetto è diffuso più del blu, questo a sua volta più del verde, e così via. Il rosso attraversa l’atmosfera subendo scarse deviazioni dal suo cammino rettilineo, mentre il blu e il violetto risultano sparpagliati ovunque. In assenza di atmosfera, il cielo rimane totalmente nero, come ben sanno gli astronauti.
La diffusione cromatica in natura
Il meccanismo descritto è verificabile quando il Sole è prossimo all’orizzonte, perché i raggi che ci pervengono nel loro lungo tragitto atmosferico subiscono una forte diffusione di Rayleigh. I raggi diretti ci arrivano depauperati delle componenti di più alta frequenza, dal verde al violetto, volgendo così al giallo o all’aranciato, mentre quelli più diffusi conferiscono all’atmosfera una colorazione blu (colore del tramonto e colore dell’arancia: simili per l’occhio umano, ma generati da processi fisici diversi). Al tramonto la colorazione rossa può estendersi a tutta la volta per effetto dei raggi solari che, compiuto un percorso assai lungo nell’atmosfera, vanno poi a incidere su nubi o altri ostacoli.
La natura mette in mostra il fenomeno della diffusione cromatica della luce in svariate altre maniere. La più comune è la colorazione azzurrastra del fumo di sigaretta. Una colorazione che va dal blu al verde smeraldo, a seconda delle dimensioni delle particelle, si ha nei laghi di montagna che contengano in soluzione microscopici granelli di roccia. Se invece le particelle disciolte sono grosse, la diffusione non ha marcate preferenze cromatiche e la luce rimane bianca, o almeno turchese chiaro: uno splendido esempio è il lago al Rifugio Vandelli nel gruppo dolomitico del Sorapiss (nell’immagine di copertina).
L’azzurro intenso dei seracchi nei ghiacciai alpini o in quelli grandiosi della Patagonia trae anch’esso origine dalla diffusione cromatica. Un effetto analogo si può osservare in una cavità prodotta all’interno di un soffice manto di neve appena caduta: di ciò è causa l’estrema piccolezza delle propaggini costituenti i singoli fiocchi di neve, non ancora compattati. Un ultimo esempio è la foschia azzurrina che talvolta si osserva, soprattutto all’alba e al tramonto, sopra le zone ricche di vegetazione o nelle valli di montagna. Le particelle diffondenti possono essere molecole di vapore d’acqua o molecole organiche che si sollevano dalla vegetazione.
Immagine di copertina – Wikimedia
