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Breakaways (Australien)
Warum Opale Feuer sprühen

Farbwahrnehmung

Weißes Licht ist aus einer Vielzahl einzelner Farben, den Spektralfarben zusammengesetzt.

Die Farben, die wir sehen, hängen zwar von dem Licht ab, das in unsere Augen gelenkt wird, doch Wahrnehmungen wie Rot oder Grün entstehen erst in unserem Gehirn.

Einen wesentlichen Beitrag an der Wahrnehmung einer Farbe hat die Wellenlänge des Lichts. Die Wellenlänge des für uns sichtbaren Lichts liegt etwa zwischen 380 und 780 Nanometer.
 

Lichtspektrum

Spektrum des sichtbaren Lichts
 

Das Auge besitzt zur Farbwahrnehmung drei verschiedene Rezeptoren, die ihre maximale Empfindlichkeit im roten, grünen und blauen Spektralbereich haben. Im Gehirn wird aus diesen drei Wahrnehmungen die passende "Farbe" zusammengemixt.

 

Lichtbrechung

Tritt Licht von einem in ein anderes durchsichtiges Medium (Glas, Wasser, Luft) über, ändert sich die Lichtgeschwindigkeit. Durch eine Art Trägheitseffekt wird dabei der Strahl abgelenkt, man sagt gebrochen oder gebeugt. Die Stärke dieses Effekts hängt vom Material ab, man misst sie mit dem Brechungsindex. Dieser ist definiert als das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit in diesem Material. Er beträgt für Luft ca. 1, für Wasser 1,33 und für Kieselsäure 1,44.

Gleichzeitig wird weißes Licht in seine Spektralfarben aufgespaltet, da der Effekt für die einzelnen Wellenlängen unterschiedlich ist.

 

Das Licht im Opal

Es bedurfte der Erfindung des Elektronen-Mikroskops, um das Geheimnis des Farbspiels im Opal erklären zu können.

Edelopal besteht aus winzigen gleichförmigen Kieselsäure-Kügelchen von 0,15 bis 0,3 tausendstel Millimeter Durchmesser, gleichmäßig in Gruppen angeordnet. Diese Gruppen werden als Pattern bezeichnet. Die Zwischenräume sind mit Kieselgel und bis zu 10 Prozent Wasser gefüllt. Die Lichtbeugung wird durch den unterschiedlichen Brechungsindex von Wasser (1,33) und Kieselsäure (1,44) ermöglicht.

Trifft nun weißes Licht auf die Kugel-Gruppen wird es je nach Kugelgröße und Stärke der Gruppen in die Spektralfarben gebeugt und auf Grund der unterschiedlichen Wellenlängen in verschiedenen Winkeln reflektiert. Je größer die Kieselsäurekügelchen und die einzelnen Gruppen sind, desto langwelligeres Licht (rote Farbtöne) wird durchgelassen und gebeugt. Kleine Kügelchen bzw. Gruppen lassen nur kurzwelliges Licht (blaue Farbtöne) sichtbar werden. Die einzelnen Farben des Regenbogens sind vom Auge getrennt wahrnehmbar.
 

 

Kieselsäure klein

 

Kieselsäure groß

 

 

Kurzwelliges Licht wird von kleinen Kugeln reflektiert

 

Langwelliges Licht wird von großen Kugeln reflektiert

 



Diese Lichtbeugung wurde von W.H. Bragg und W.L. Bragg bei der Erforschung der Röntgenstrahlung physikalisch nachgewiesen und in der Braggschen Reflexionsbedingung beschrieben:

2d sin ‘alpha’ = n λ

‘d’  ist der Abstand zwischen den Gruppen / Reflexionsschichten
‘alpha’  ist der Ein- bzw. Austrittswinkel
‘n’  ist die Anzahl der Reflexionsschichten
λ’ ist die Wellenlänge

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass mit zunehmender Größe der Kieselsäurekügelchen, d.h. mit zunehmendem Abstand der Reflexionsschichten, die Wellenlänge ansteigt und somit zum Rotbereich wandert.

Wird der Stein bewegt, trifft das Licht die Pattern in wechselnden Winkeln und verursacht dadurch Farbänderungen. Das gleiche Resultat erhält man, wenn der Opal liegen bleibt und der Betrachter seine Position, d.h. den Betrachtungswinkel ändert.

Die Farberscheinungen am Edelopal werden als Farbspiel oder "play of colour" bezeichnet. Die Lebhaftigkeit dieses Farbspiels hängt von den Wachstumsstrukturen in der Anordnung der Pattern ab und verursacht das typische Aufblitzen (flashes) oder auch besondere Effekte wie "abrollende" Farben (rolling flash) bzw. geometrische Harlekin-Muster uvm.
 

Farbspiel

Künstliche, synthetische Opale zeigen auf Grund ihrer kontrollierten Wachstumsbedingungen diese Effekte nicht, sondern eher kräftige aber leblose Farben.

Die gleichmäßige Größe und Gruppierung der Kügelchen unterscheidet Edelopal vom gemeinen Opal, in welchem eine chaotische Struktur vorherrscht. Bei unterschiedlicher Größe und unregelmäßiger Anordnung der Kieselsäurekügelchen bewirkt diese "rauhe" Struktur eine ungebündelte Lichtbrechung und damit eine sehr diffuse Reflexion, die von unserem Auge als Mischfarbe wahrgenommen wird; man spricht in diesem Fall auch vom gemeinen Opal oder Potch.
 

Potch

Diffuse Lichtbeugung und Reflexion im Potch
 

Sind auf Grund geologischer Einflüsse die Kieselsäurekügelchen verbacken, verschwinden auch die Zwischenräume. Der Stein wird durchsichtig, zeigt eine einheitliche Farbe und wenig bis gar kein Farbspiel. Bestes Beispiel sind klare, einfarbige mexikanische Feueropale.

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