¿Por qué el agua en Jiuzhaigou es azul?
Hay un misterioso país de las hadas escondido en las imponentes montañas Minshan. No fue hasta hace medio siglo que los forasteros conocieron gradualmente su verdadero significado. El agua borboteante fluye a través de las montañas y los densos bosques, formando un encantador mar azul.
El lago aquí es como pedazos de jade azul, cambiando de varios colores bajo la luz del sol, como un sueño, el lago aquí es como un espejo, reflejando montañas, ríos, vegetación, cielo azul y nubes blancas; Mostrando la maravilla de "los pájaros volando en el agua y los peces nadando en el cielo", esto es Jiuzhaigou.
Panorama del Mar de Wuhua en Jiuzhaigou
El Mar de Wuhua es el lugar escénico más famoso de Jiuzhaigou y es conocido como la "Esencia de Jiuzhaigou". Después de la nieve, el color azul de Haizi hace eco de la nieve, como en un mundo de cuento de hadas.
Wucaichi es uno de los lagos más coloridos de Jiuzhaigou y es famoso por su belleza, pureza y transparencia. El estanque Wucai es también el lago más exquisito de Jiuzhaigou y se le conoce como el "Ojo de Jiuzhaigou".
El agua en Jiuzhaigou es deslumbrante y el azul embriagador, pero ¿qué es el azul en Jiuzhaigou? Tú dices que es azul, yo digo que es azul esmeralda, él dice que es azul lago, ella dice que es azul esmeralda, realmente hace que el azul (lan) sea difícil (nan). Oye, no les pongas las cosas difíciles a los lectores, ¿vale?
Cosas que no sabes sobre el azul
Además de Jiuzhaigou, hay muchos lagos azules famosos en el mundo. Por ejemplo, Bear Lake en Utah, EE. UU., Parque Nacional de los Lagos de Plitvice en la República de Croacia, Blue Lagoon Hot Springs en Islandia, Blue Lagoon en las Montañas Gambier en el sur de Australia, Lago Tekapo en la Isla Sur de Nueva Zelanda, etc.
Al ver estos hermosos paisajes con el mismo color de agua y cielo, solo puedo lamentar la falta de cultura. ¡Guau, el cielo es tan azul y el lago es tan azul! Sin embargo, hay 41 tipos de azul en el mundo, incluidos el azul oscuro, el azul cobalto, el azul Dodge y el azul marino. Al igual que el lápiz labial, cada azul se puede distinguir por su número de color o valor RGB. Quizás conozcas el color rojo, pero ¿sabes cuál es el color azul de esos lagos?
Tabla de colores de clasificación del azul Pantone
Entre los lagos mencionados anteriormente, cada lago es diferente debido a diferencias en la ubicación geográfica, las condiciones ambientales ecológicas y las características químicas del agua.
Óxido de cobalto
Las aguas termales de la Laguna Azul son las aguas termales geotérmicas más grandes de Islandia. El color de la Laguna Azul es un azul rosado similar a la leche. Según investigaciones, el color azul de la Laguna Azul se debe a la presencia de un alga especial azul verdosa en las aguas termales, mientras que el color blanco lechoso se debe a la gran cantidad de silicio en el agua.
Tiffany Blue
El lago Tekapo está situado al pie oriental de los Alpes del Sur en la Isla Sur de Nueva Zelanda. Es un lago glacial. El color azul del lago pertenece al "Tiffany Blue". El color del lago en realidad es causado por la refracción de la luz solar por las partículas de roca suspendidas en el lago.
Color Türkiye
El lago del Oso y los lagos de Plitvice son de un azul esmeralda brillante. El proceso de formación de color en los lagos de Schön y Plitvice está relacionado con las partículas de carbonato de calcio. La composición geológica de las dos zonas es principalmente caliza y en el lago se encuentran disueltos una gran cantidad de iones de calcio y magnesio. La alta concentración de partículas microsuspendidas de carbonato de calcio en el agua refleja la luz azul verdosa, haciendo que el lago parezca azul esmeralda.
Azul Profundo
La Laguna Azul (Laguna Azul), situada en las Montañas Gambier al sur de Australia, es conocida como el lago (azul) más difícil del mundo. Los colores cambian con las estaciones. Debido a la absorción de la luz incidente por el humus, el agua del lago adquiere un color azul grisáceo en invierno. En verano, los cristales de calcita producidos por la desgasificación del dióxido de carbono y el aumento de la temperatura coprecipitan con humus, lo que puede ajustar la concentración de humus en la superficie del lago. Además, los propios cristales de calcita ayudan a dispersar la luz de longitud de onda corta, por lo que el color del lago cambia de azul grisáceo a azul intenso a medida que cambian las estaciones.
Azul Jiuzhaigou (¿Qué tipo de azul es?)
Generalmente se cree que diferentes objetos reflejan, absorben y dispersan la luz de manera diferente, por lo que muestran diferentes colores. Al igual que los diversos lagos mencionados anteriormente, la presencia de partículas más pequeñas, como partículas de roca, partículas de sílice soluble en agua, partículas de azufre coloidal, partículas de aluminosilicato coloidal, polvo glacial, etc., confiere a los lagos reflejos de la luz solar y propiedades de dispersión únicos. los lagos aparecen azules.
La mayoría de los lagos de Jiuzhaigou son lagos kársticos. La formación del color del agua está relacionada con la baja turbiedad de los lagos y las partículas de carbonato de calcio en el agua.
La dispersión de Rayleigh y la dispersión de Mie de la luz incidente por partículas de carbonato de calcio suspendidas pueden hacer que el agua del lago parezca azul, mientras que la diferencia en la intensidad de la dispersión en varias direcciones, así como las diferencias en la profundidad del lago y la calidad del agua, le dan al agua del lago un color azul colorido. .
Déjame decirte, ¿qué tipo de azul es el Jiuzhaigou Blue?
Aunque se han estudiado las razones de la formación del color de los lagos kársticos, el sistema hidrológico especial y el entorno geográfico de las zonas kársticas hacen que el mecanismo de formación del color de los lagos sea complejo y difícil de estudiar. Incluso faltan investigaciones sobre el mecanismo de formación del azul en los lagos kársticos de meseta, como el valle de Jiuzhaigou, y no existe una explicación científica y razonable de por qué los lagos tienen un color "azul colorido".
Actualmente, Li Xiaohui, un estudiante de posgrado del equipo de Sun Geng, investigadores del Instituto de Biología de Chengdu, la Academia de Ciencias de China y otros utilizaron equipos hiperespectrales y métodos de análisis químico del agua interior para cuantificar el color de Jiuzhaigou. lagos kársticos por primera vez, revelando el mundialmente famoso color azul de Jiuzhaigou Sobre el mecanismo de formación del color de los lagos kársticos, se estableció una ecuación de regresión entre la calidad del agua del lago y el color, que explica razonablemente la causa del colorido color azul de los lagos de Jiuzhaigou y aplicó la ecuación a la predicción del color del lago.
Hablemos de cómo se realizó esta investigación~
1. El color también se puede "cuantificar"
Para explicar las razones de la formación del color. Lago Jiuzhaigou, investigación El primer paso es cuantificar el color.
Antes de entender este proceso de cuantificación del color, es necesario hablar de cómo el ojo humano percibe el color.
Como todos sabemos, el color es la percepción visual de la luz producida por los ojos y el cerebro. La luz blanca se puede descomponer en siete luces monocromáticas: roja, naranja, amarilla, verde, cian, azul y violeta. Debido a que el ojo humano tiene conos rojos, verdes y azules, somos más sensibles a la luz roja, verde y azul. La mayoría de los colores que percibimos se pueden obtener mezclando rojo, verde y azul en diferentes proporciones. Ésta es la famosa "teoría de los tres colores". Los objetos de diferentes colores, debido a las diferentes características espectrales de la luz reflejada, son absorbidos selectivamente por tres tipos de células cónicas después de ingresar al ojo humano. Después de una serie de reacciones fotoquímicas, el color del objeto se forma en el cerebro.
Diagrama esquemático del principio de percepción del color de los ojos humanos
Al ver esto, muchas personas pueden confundirse. He aquí un ejemplo.
Cuando deja de llover o el tiempo está despejado, el cielo suele ser azul. Esto se debe a que en este momento hay menos partículas suspendidas en la atmósfera. Bajo la fuerte dispersión selectiva de las moléculas atmosféricas, la luz azul es dispersada por el sol y se propaga por toda la atmósfera. La luz azul que entra por los ojos humanos representa la gran mayoría, lo que nos hace pensar que el cielo es azul.
Cielo azul y océano
Basándose en el principio de percepción del color del ojo humano, los investigadores utilizaron un equipo hiperespectral (ASDFieldSpecHandHeld)
2 espectrómetros portátiles de objetos terrestres) para medir Datos de radiancia humana que sale del agua (radiación espectral de la luz que regresa a la interfaz de la atmósfera después de pasar a través del cuerpo de agua) en cada punto de muestreo dentro del rango visible para el ojo (380 nm-780 nm).
Basado en la teoría de la colorimetría, se realizan operaciones de integración matemática en el rango de luz visible para derivar el valor triestímulo de color XYZ. Las coordenadas óptimas (x, y) se calculan a través de los valores XYZ, y el color de cada punto de muestreo se puede determinar correspondiente al diagrama de cromaticidad CIE1931.
El valor RGB de color de cada punto de muestreo después de la operación de la matriz también se puede calcular a través del software Matlab. De esta manera, al simular el proceso de percepción del color por parte del ojo humano, los investigadores pueden cuantificar el color complejo del lago en valores RGB simples después de medir los datos espectrales del agua del lago. Esto favorece la investigación posterior sobre el mecanismo de formación del color y también sienta una base sólida para explorar la relación entre el color del lago y la calidad del agua.
Los principios anteriores son información práctica y las siguientes imágenes están directamente arriba.
Diagrama esquemático del proceso de medición del color del lago
El proceso de medición cuantitativa del color del lago puede considerarse como el proceso de percepción del color por parte del ojo humano. El alto espectrómetro de objetos terrestres ASD puede considerarse aproximadamente como el ojo humano que recibe luz incidente, mientras que los complejos cálculos de integración y matrices en realidad simulan una serie de reacciones fotoquímicas en el ojo humano.
Después de analizar los datos de radiación del lago, los investigadores descubrieron que el cuerpo de agua de Jiuzhaigou tiene una fuerte selectividad de longitud de onda para la absorción, reflexión y dispersión de la luz visible, y la proporción de luz azul-verde en la luz reflejada. La luz es significativamente más alta que la de la luz roja, que está estrechamente relacionada con las condiciones ambientales únicas del agua del lago y determina directamente el color del lago observado por el ojo humano. Según datos de mediciones reales, las proporciones promedio de luz roja, verde y azul reflejada por el agua del Mar de Wuhai son 9,2%, 49,6% y 41,2%. Esta composición única de luz reflejada hace que el lago parezca azul verdoso brillante para el ojo humano.
2. Secretos de color escondidos en el agua
Para explorar las razones por las que el agua del lago refleja y dispersa selectivamente la luz visible, los investigadores también recolectaron muestras de agua del lago para determinar la química del agua en interiores. análisis.
Después de la investigación, se descubrió que la turbidez del lago Jiuzhaigou es baja, excepto por algunos otros puntos, la turbidez de la mayoría de las aguas es de alrededor de 0,69 NTU y la transparencia es extremadamente alta. Visualmente, el agua del lago es similar a la de la comida enlatada de Ipoh. La razón es que los cuerpos de agua de los lagos kársticos de Jiuzhaigou se abastecen principalmente de precipitaciones atmosféricas, agua de deshielo de las montañas y agua kárstica subterránea. Tienen un bajo contenido de arena y una alta limpieza. Además, el área escénica de Jiuzhaigou tiene una rica vegetación, baja escorrentía superficial y bajo contenido de arena, lo que resulta en una baja turbidez del lago y una transparencia extremadamente alta. Imagínese, si hay mucho sedimento en el lago, de todos modos no mostrará un hermoso color azul.
La claridad por sí sola no es suficiente. Las partículas de travertino únicas de Jiuzhaigou son clave para el color del lago. La química del agua del lago Jiuzhaigou pertenece a los tipos Ca2+-HCO3- y Mg2+-HCO3-. El cuerpo de agua es rico en Ca2+ y HCO3-. La concentración de estos iones es varias veces mayor que la del lago. lagos de meseta ordinarios. Tan altas concentraciones de Ca2+, HCO3-
y el ambiente de agua alcalina hacen que el índice de saturación de calcita (SIC) del lago sea alto, es decir, hay una gran cantidad de partículas de travertino (carbonato de calcio) en el lago. Debido a la dispersión de Rayleigh, estas partículas de travertino tienen fuertes efectos de dispersión y reflexión selectiva sobre la luz de longitud de onda corta (380-570 nm) en luz visible. Además, el proceso de deposición de travertino puede fijar nutrientes como el fosfato, y la solución coloidal formada por carbonato de calcio y agua también puede disolverse y precipitar, lo que puede absorber las impurezas suspendidas en el agua del lago, purificar la calidad del agua y reducir aún más la turbidez. del lago. La interacción de las partículas de travertino con la dispersión de la luz solar de Rayleigh y la baja turbidez hacen que el agua del lago refleje y disperse principalmente la luz visible de longitud de onda corta. El ojo humano no es sensible a la luz violeta en la luz visible, por lo que percibimos el color del agua del lago. es principalmente azul verdoso.
Entonces la pregunta es, ¿cómo explicar el colorido color azul del lago? Debido a la dispersión de Rayleigh, las partículas de carbonato de calcio mencionadas anteriormente reflejan y dispersan selectivamente la luz azul-verde con longitudes de onda más cortas en la luz visible. De hecho, durante el proceso de dispersión de Rayleigh, la intensidad de la dispersión de la luz en varias direcciones también es diferente, lo que hace que el lago parezca azul a diferentes profundidades y desde diferentes ángulos. Al mismo tiempo, debido a la alta claridad del agua del lago, cuando el agua del lago alcanza una cierta profundidad, el agua altamente limpia absorbe selectivamente la luz visible con longitudes de onda más largas, como la luz roja, y refleja principalmente la luz azul-verde con longitudes de onda más cortas. . En este momento, cuanto más profundo es el lago, más azul es el color del lago observado por el ojo humano. Por lo tanto, si las profundidades de diferentes aguas en el mismo lago son diferentes, el agua del lago a menudo aparecerá en diferentes grados de azul. Además, diferentes lagos y estaciones tienen diferentes capacidades de reflexión de la luz azul-verde de longitud de onda corta, porque las diferencias en las características de la calidad del agua conducirán directamente a cambios en las tasas de deposición del travertino. Los factores anteriores hacen que una misma acequia tenga diferentes grados de azul en diferentes lagos, el mismo lago en diferentes aguas y el mismo lago en diferentes estaciones. Esta es la razón del paisaje único del colorido lago Jiuzhaigou.
Diagrama esquemático del mecanismo de formación de color del lago kárstico de Jiuzhaigou
La solución coloidal formada por carbonato de calcio y agua del lago tiene el efecto de disolverse y precipitar, y puede absorber impurezas suspendidas en el agua del lago, haciendo que el agua del lago sea clara y transparente. Cuando el agua del lago alcanza una cierta profundidad, el cuerpo de agua transparente tiene un fuerte efecto de absorción de la luz de longitud de onda larga, como la luz roja en la luz incidente, y refleja principalmente la luz azul-verde junto con la reflexión selectiva y la dispersión de la luz incidente; La luz proviene de las partículas de carbonato de calcio en el agua del lago kárstico, de modo que una mayor proporción de luz azul-verde de onda corta ingresa al ojo humano, de modo que el ojo humano percibe el agua del lago como azul-verde.
El color azul de los puntos de muestreo a diferentes profundidades en el Mar de Wuhai en Jiuzhaigou (Fuente: Li Xiaohui)
La tasa de absorción de agua pura para luz visible alcanza los 750-760 nm el máximo. Cuando el agua del lago alcanza una cierta profundidad, absorbe una gran cantidad de luz roja de longitud de onda larga, reflejando y dispersando principalmente luz azul-verde. En este momento, cuanto más profundo es el lago, más azul es el color.
3. Utilizar ecuaciones para predecir el color.
A través de análisis de correlación y análisis de redundancia, los investigadores descubrieron que el color de los lagos está estrechamente relacionado con los cambios en la calidad del agua. Para explorar más a fondo el posible impacto de los cambios en la calidad del agua en el color del lago, los investigadores realizaron un análisis de regresión lineal por pasos en los datos de calidad del agua obtenidos del análisis hidroquímico y los datos del valor de color RGB del lago, y establecieron un parámetro de color de calidad del agua. ecuación para los lagos de Jiuzhaigou:
Las variables independientes en la ecuación son indicadores de la calidad del agua, como la transparencia, la concentración de iones, la conductividad y el oxígeno disuelto, y las variables dependientes son los valores de color R y B. Con la ayuda de esta ecuación de regresión, se puede predecir el cambio de color del agua del lago midiendo la calidad del agua del lago.
Los investigadores sustituyeron en la ecuación 2065438 + datos de calidad del agua medidos en julio, agosto y septiembre de 2009 y predijeron los cambios de color del lago Wuhai, el lago Jinghai y el lago Rhinoceros en Jiuzhaigou. Se puede ver intuitivamente en los resultados de la predicción que a medida que cambian las estaciones, el color del lago cambia gradualmente de azul a verde.
Predicción del color del lago Jiuzhaigou
No subestimes esta ecuación. En el futuro, tal vez sea posible predecir los cambios de color de los lagos mediante el seguimiento de los cambios en la calidad del agua de los lagos, protegiendo así mejor los hermosos lagos de Jiuzhaigou. Se aplican métodos similares a otros lagos.
A través del contenido anterior, ¿tiene una comprensión más profunda del Lago Azul de Jiuzhaigou? Jiuzhaigou es un tesoro regalado por la naturaleza. Hay muchos secretos que vale la pena explorar en el mágico Jiuzhaigou. Protegerlo significa proteger el medio ambiente del que dependen los seres humanos.
Posdata: La investigación científica más extravagante: remé en Jiuzhaigou
Durante el experimento, para determinar el color de los diferentes puntos de muestreo en cada lago, los investigadores a menudo necesitan remar agua. Se recolectaron muestras en el centro del lago y se recolectaron datos espectrales.
¿Crees que el muestreo es así?
Sin embargo, el hecho es este:
El tiempo para tocar siempre es corto y hermoso ~ debes despertarte Tan pronto como te despiertas, los ladrillos se mueven.
Las cosas que flotan en el lago de Jiuzhaigou no son necesariamente hadas, sino que también pueden ser investigadores científicos que toman muestras y las miden. Cuando estaba escribiendo mi currículum con otros, la persona frente a mí me elogió por "limpiar el trasero del panda y hacerle caca al panda"; sólo pude escribir un poema para expresar mi orgullo: "Siempre recordaré la puesta de sol en Jiuzhaigou. No sé qué pasó después del muestreo". Hace mucho tiempo. "Es demasiado tarde para regresar al barco y profundizar en las profundidades de la investigación científica. "
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