Licht

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Beeinflussung von Licht im bzw. am Übergang ins Wasser.

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums. Es wird beim Übergang zwischen Luft und Wasser bzw. im Wasser durch Reflexion, Brechung, Streuung und Absorption beeinflusst.

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Brechung

Brechung von Licht am Maskenglas.

Ohne Tauchermaske siehst du unter Wasser alles stark verschwommen, da die Linse des menschlichen Auges auf den Brechungsindex von Luft adaptiert ist. Im Wasser schafft sie es nicht, sich auf dessen höheren Brechungsindex einzustellen. Um scharf sehen zu können, muss man zwischen Auge und Wasser einen Luftraum schaffen. Dieser Luftraum befindet sich zwischen den Gläsern der Tauchermaske und den Augen.

Dadurch siehst du zwar wieder scharf, allerdings stimmen die Dimensionen nicht mehr. Die Ursache hierfür ist die Brechung am Maskenglas: Ein Lichtstrahl, der von einem optisch dichteren Medium (Wasser, Glas) in ein optisch dünneres Medium (Luft) eindringt, wird von der optischen Achse weg gebrochen, d. h. abgeknickt. Das Gehirn geht aber immer davon aus, dass Lichtstrahlen einen geraden Weg zurücklegen. Du hast deshalb den Eindruck, dass ein Objekt ⅓ größer ist. Da zur Einschätzung der Entfernung beide Augen notwendig sind, erscheint dir ein Objekt zudem ¼ näher.

Streuung

Licht wird an feinsten Schwebeteilchen im Wasser gestreut. Desto mehr Schwebeteilchen sich im Wasser befinden, umso geringer ist die Strecke, die es zurücklegen kann. Die Sichtweite wird dadurch wie im Nebel geringer.

Absorption

Sichtbarkeit von Farben unter Wasser.

Bei der Absorption („Verschlucken”) wird Licht in Wärme umgewandelt. Die Stärke der Absorption ist von der Wellenlänge, d. h. der Farbe des Lichts, abhängig.

Auch in klarem Wasser kannst du ab einer Tiefe von etwa 5 Metern die Farbe Rot nicht mehr erkennen. Ab 15 Metern fehlt Orange, ab 30 Metern Gelb und ab 50 Metern Grün. Blaues Licht kann am weitesten ins Wasser eindringen und ist auch unterhalb dieser Tiefe noch sichtbar. Mit zunehmender Tiefe bekommen alle Objekte einen immer stärker werdenden Blaustich.

Desto tiefer du dich also unter der Wasseroberfläche befindest, desto mehr Farben des Sonnenlichts werden absorbiert und verschwinden scheinbar. Die Farben werden erst wieder sichtbar, wenn du das Objekt mit einer Lampe anstrahlst.

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Brechung an Trennschichten

Eine Brechung erfolgt nicht nur an Maskenglas und der Wasseroberfläche, sondern auch an Trennschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex wie zwischen Salz- und Süßwasser oder kaltem und warmem Wasser (Sprungschichten). Dadurch erscheint alles unscharf und es wirkt so, als ob das Wasser Schlieren hätte oder flimmern würde.

Lichtspektrum

Lichtspektrum an der Wasseroberfläche (links) und in 10 m Tiefe (rechts).

Sichtbares Licht besteht aus Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm. Desto kleiner die Wellenlänge, desto höher ist die Energie des Lichts.

Unterschiedliche Spektralfarben sind Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen: 450 nm nimmt das menschliche Auge als blau wahr, 520 nm als grün und 780 nm als rot. Sonnenlicht ist eine Mischung aller Farben mit annähernd gleicher Intensität und wird als weiß wahrgenommen.

Im Wasser wird Licht abhängig von seiner Wellenlänge mehr oder weniger stark absorbiert. Die Energie wird dabei in Wärme umgewandelt. Niederenergetisches, d. h. rotes Licht wird schon in geringen Tiefen absorbiert und ist daher nur bis etwa 5 m Tiefe sichtbar. Höherenergetisches Licht, d. h. blaue Lichtanteile dringen wesentlich tiefer ein und sind auch in 50 m noch sichtbar. In der Tiefsee ab ca. 200 m ist so gut wie alles sichtbare Licht absorbiert worden und es herrscht dort vollständige Dunkelheit. Das Spektrum ändert sich deshalb mit der Wassertiefe zunehmend.

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Totalreflexion

Totalreflektierte Spiegelungen der Unterwasserlandschaft an der Wasseroberfläche.

Licht wird beim Übergang zwischen Luft und Wasser gebrochen. Das Licht, das aus dem Wasser kommend an die Luft übertritt, durchdringt ab einem Einfallswinkel von 42° die Grenzfläche nicht mehr, sondern wird komplett ins Wasser zurück reflektiert. Man nennt dies Totalreflexion.

Blickt man von unten auf eine (ruhige) Wasseroberfläche, so sieht man in einem kreisförmigen Bereich über einem alles jenseits der Oberfläche. Außerhalb dieses Bereichs wird das Licht, das aus dem Wasser kommend nach oben dringt, total reflektiert und überlagert das Licht von jenseits der Oberfläche. Man sieht dort deshalb eine Spiegelung der Unterwasserlandschaft, die sich um einen herum befindet.