Tại sao Tuyết Trắng khi Băng trong suốt?

Khoa học về ánh sáng đằng sau tấm màn trắng của mùa đông

Khi chúng ta nhìn vào viên đá trong ly, nó trong suốt. Ánh sáng đi qua gần như không bị cản trở. Nhưng khi nước đóng băng trong khí quyển và rơi xuống đất dưới dạng tuyết, kết quả là màu trắng chói lóa phủ lên tất cả. Làm sao một chất được tạo thành từ băng trong suốt và không khí có thể đổi màu? Câu trả lời không nằm ở sắc tố nào, mà ở cách cấu trúc của tuyết "chơi đùa" với tia nắng mặt trời. Tuyết thực sự là một trò ảo thuật quang học của tự nhiên.

1. Cấu trúc của Tinh thể Tuyết: Mê cung Gương

Để hiểu màu trắng, chúng ta cần nhìn tuyết từ rất gần. Một bông tuyết không phải là một khối băng đặc. Nó là một cấu trúc phức tạp của hàng trăm tinh thể băng vi mô được bao quanh bởi các túi không khí.

• Nhiều Bề mặt: Mỗi tinh thể tuyết có hàng chục mặt và góc vi mô.
• Khúc xạ và Phản xạ: Khi một tia sáng chạm vào bông tuyết, nó không đơn giản đi qua. Nó chạm vào một bề mặt, đổi hướng (khúc xạ), chạm vào bề mặt khác, phản xạ, và quá trình này lặp lại hàng triệu lần trong một lớp tuyết.

2. Phản xạ Khuếch tán: Sự ra đời của Màu Trắng

Ánh sáng trắng của mặt trời được tạo thành từ tất cả các màu của cầu vồng (đỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh dương, chàm, tím). Khi những màu này trộn đều, mắt chúng ta nhận thấy "trắng".

Tán xạ Ngẫu nhiên: Vì tuyết được tạo thành từ rất nhiều tinh thể xếp không đều, ánh sáng bị tán xạ theo mọi hướng. Đây được gọi là phản xạ khuếch tán. Tuyết phản xạ tất cả các bước sóng (màu sắc) của ánh sáng đều nhau trở lại chúng ta. Vì không có màu nào bị hấp thụ nhiều hơn màu khác, kết quả đến mắt chúng ta là màu trắng tinh khiết.

3. Tại sao Băng trong suốt còn Tuyết thì không?

Sự khác biệt nằm ở tính đồng nhất. Trong một viên đá đặc hoặc một mảnh thủy tinh, các bề mặt là tối thiểu. Ánh sáng đi theo đường thẳng mà không "dừng lại".

Nếu bạn đập viên đá trong suốt thành ngàn mảnh (đá nghiền), bạn sẽ thấy nó bắt đầu có vẻ trắng. Điều này xảy ra vì bạn đã tạo ra nhiều bề mặt mới tán xạ ánh sáng, giống hệt như tuyết làm một cách tự nhiên.

4. Khi Tuyết trở nên Xanh

Bạn có bao giờ nhận thấy rằng trong các hố sâu trong tuyết hoặc trong tảng băng trôi, màu sắc có vẻ xanh? Đó không phải là ảo giác.

• Hấp thụ: Khi tuyết bị nén rất chặt (như trong sông băng) và không khí thoát ra ngoài, ánh sáng phải di chuyển sâu hơn nhiều vào băng trước khi phản xạ.
• Quang phổ: Băng hấp thụ nhiều hơn một chút ánh sáng đỏ và vàng. Vì vậy, ánh sáng có thể "thoát ra" sau hành trình dài qua băng nén chủ yếu là màu xanh.

5. Tuyết có thể có màu khác không?

Thời tiết và môi trường đôi khi có thể "làm bẩn" bảng màu của tuyết:

• Tuyết Vàng/Cam: Thường xảy ra khi có sự vận chuyển bụi Châu Phi cùng với tuyết rơi. Các hạt cát trộn với tinh thể, tạo ra màu sắc kỳ lạ.
• Tuyết Đỏ (Tuyết Dưa hấu): Ở một số vùng, sự hiện diện của các loại tảo ưa lạnh cụ thể có thể nhuộm tuyết thành màu hồng hoặc đỏ.

6. Tầm quan trọng của Tuyết Trắng đối với Khí hậu (Albedo)

Màu trắng của tuyết không chỉ đẹp, nó còn quan trọng đối với hành tinh.

Nhờ màu trắng, tuyết có albedo (độ phản xạ) cao. Điều này có nghĩa là nó phản xạ tới 90% bức xạ mặt trời trở lại không gian, giúp hành tinh giữ mát. Nếu tuyết trong suốt hoặc tối, nó sẽ hấp thụ nhiệt, đẩy nhanh sự nóng lên.

Vẻ đẹp của Sự Khuếch tán

Màu trắng của tuyết là bằng chứng rằng vẻ đẹp nằm trong chi tiết – hay đúng hơn, trong sự không hoàn hảo. Chính sự "lộn xộn" của các tinh thể và sự hiện diện của không khí giữa băng tạo ra hiệu ứng chói lóa này. Tuyết dạy chúng ta rằng ngay cả thứ trong suốt và đơn giản như nước cũng có thể biến thành thứ kỳ diệu khi cấu trúc của nó thay đổi.

Lần tới khi bạn cầm một bông tuyết trong tay, hãy nhớ: bạn đang cầm một chiếc gương vi mô phản xạ toàn bộ quang phổ ánh sáng trở lại mắt bạn.