Spektrální barvy v přírodě – výskyt, vlastnosti a zajímavosti

V přírodě se setkáváme s různými prvky a minerály, které vykazují zajímavé vlastnosti a spektrální barvy. Dva z nich, helium a olivín, si zaslouží zvláštní pozornost. Kromě toho se v atmosféře vyskytují halové jevy, které vznikají lomem a odrazem světla na ledových krystalcích.

Helium

Helium, chemická značka He, je plynný chemický prvek, patřící mezi vzácné plyny a tvořící druhou nejvíce zastoupenou složku vesmírné hmoty. První vzácný plyn v periodické tabulce, druhý nejlehčí prvek a jediný, který nelze za normálního tlaku převést do pevného stavu bez ohledu na teplotu - i to je hélium.

Helium a i ostatní vzácné plyny mají malé elektrické průrazné napětí, snadno se ionizují a dobře vedou elektrický proud. Toho se využívá při výrobě výbojek.

Helium je jediná látka, která při nízkých teplotách a normálním tlaku zůstává kapalná až k teplotě absolutní nuly. Pevné helium lze získat pouze za zvýšeného tlaku.

Kapalné helium je látka, která vyniká velkým množstvím zajímavých vlastností. Při teplotách pod 2,1768 K je supratekuté, to znamená, že dokáže bez tření protékat libovolnými předměty a téct bez tření po libovolných předmětech.

Čtěte také: Složení ekologických barev

Samotný objev helia byl učiněn zkoumáním spektra sluneční korony, kdy v roce 1868 při zatmění Slunce francouzský astronom Pierre Janssen objevil neznámé žluté spektrální linie, které byly přiřazeny doposud neznámému prvku, pojmenovaném po starořeckém bohu Slunce, Héliovi.

V roce 1868 astronomové, francouz Pierre-Jules Janssen a angličan Joseph Norman Lockyer, pozorovali nezávisle na sobě ve slunečním spektru na vlnové délce 587,49 nm žlutou spektrální čáru, která nepatřila žádnému do té doby známému prvku na Zemi. Vzhledem k blízkosti spektrálních čar sodíku D1, D2, byla označena jako spekrální čára D3.

Skotský chemik William Ramsay opakoval pokus v roce 1895, ovšem s jiným materiálem, minerálem cleveitem (z rodiny uranových rud) a kromě dusíku a argonu isoloval také plyn s odlišnou spektrální linií a potvrdilo se, že se jedná o helium. V letech 1888-1890 pracoval americký mineralog a chemik William F.Hillebrand s minerálem uraninitem a podrobil jej zahřívání s minerálními kyselinami.

V témže roce mezitím pracoval s minerálem cleveitem také švédský chemik Per Theodor Cleve a jeho žák Nils Abraham Langlet a získali helium v čistější podobě a větším množství, které stačilo k určení atomové hmotnosti helia.

Američtí chemici Hamilton Cady a David McFarland z Kansaské univerzity potvrdili v roce 1905, že se jedná o helium. Během vrtných prací v roce 1903 v americkém Dexteru, Kansas, byl nalezen zdroj zemního plynu, který obsahoval 12 objemových procent neznámého plynu.

Čtěte také: Přírodní barvy

V roce 1908 poprvé zkapalnil helium holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes ochlazením plynu na teplotu méně než jeden Kelvin (0K = −273°C). Na počátku 20.

Helium je na Zemi přítomno jen velmi vzácně. V zemské atmosféře se vyskytuje jen ve vyšších vrstvách a díky své mimořádně nízké hmotnosti postupně z atmosféry vyprchává do meziplanetárního prostoru. V atmosféře Země (do výšky 200 km) tvoří 0,000524 objemových procent (tj.

Vzácně vyvěrá helium i trhlinami v zemi, nejznámější oblasti těchto vývěrů leží ve Skalistých horách v USA a v Kanadě. Poprvé bylo helium izolováno z minerálu smolince. V menším množství až 9 % se nachází v zemním plynu, z něhož se také získává vymrazováním.

Ve vesmírném měřítku je helium druhým nejvíce zastoupeným prvkem. Vyskytuje se především ve všech svítících hvězdách, kde je jedním z mezistupňů termonukleární syntézy, jež je podle současných teorií základním energetickým zdrojem ve Vesmíru.

Helium se vyskytuje v atmosféře plynných obrů, kde se jeho objemová koncentrace pohybuje mezi 3 a 19%, a po vodíku je nejrozšířenější prvek v jejich atmosféře.

Čtěte také: Jak třídit odpad?

Olivín

V chemickém vzorci olivínu si povšimněte dvou začátečních prvků v závorce - Fe a Mg jsou složkami koncových členů minerálů řady olivínu. Jsou to forsterit Mg2SiO4 a fayalit Fe2SiO4. Oba krystalizují ve stejné kosočtverečné soustavě a mohou se mísit i při nízkých teplotách.

Mísí se v různém poměru, obecně se takové směsi označují jako olivíny. Další mísitelný člen je tefroit Mn2SiO4, olivín může obsahovat i menší množství Ni, co nebo Cr. Když do mřížky vstupuje Ca, vzniká omezeně mísitelný monticellit CaMg2SiO4 . V tomto vzorci jsou dva první prvky bez závorky, monticellit obsahuje oba.

Forsterit - Mg2SiO4 - je světle žlutý až bezbarvý, v přírodě se ale čistý téměř nevyskytuje, vždy je přítomno 10-15% fayalitu, případně příměsi, Ni, Co nebo Ca. v horninách je žlutozelený, nebo zelený, vyšší podíl železa způsobuje tmavší zbarvení.

Krystaly jsou krátké sloupečky nebo silnější tabulky ale ke krystalizaci dochází zřídka, většinou bývá v zrnitých agregátech. Fayalit - Fe2SiO4 - je zelený, při zvětrávání hnědne až černá.

Olivín je důležitý horninotvorný minerál bazických a ultramafických hornin. Krystalizuje ze zásaditých magmat s nízkým obsahem křemíku Často se objevuje v hornině jako dvougenerační - zrna a vyrostlice v základní hmotě.

Jako horninotvorný materiál se vyskytuje na mnoha místech v Evropě, na Urale, v Číně, v Pákistánu. Objevuje se i v meteoritech, byl identifikován na Marsu a je součástí hornin na měsíci. Při chemické metamorfóze se snadno mění v serpentin a podléhá i přeměnám tlakově - teplotním.

Olivín má mnoho krystalových ploch, takže jeho krystalky vypadají až jako kulovité útvary. Forsterit ani fayalit se v přírodě nevyskytují nikdy izolovaně.

Zajímavou vlastností olivínu jsou takzvané leknínové listy. Takto se nazývají diskovité inkluze plynu nebo kapaliny, na kterých se světlo láme a rozkládá na spektrální barvy. Někdy se proto vybrušuje tak, aby tyto inkluze byly rovnoběžné z čelní plochou.

Není známá žádná technologie, která by upravovala vlastnosti olivínu jako drahého kamene a také se nevyrábí syntetický olivín. Někdy se sice imituje zeleným sklem, ale toto lze snadno rozeznat pod lupou, protože olivín má silný dvojlom světla. Sklo nikoli.

Teplota tání forsteritu je 1890°C. Díky tomu je olivín velmi vhodnou surovinou k výrobě žáruvzdorných materiálů. Využívají se k tomu olivíny, obsahující méně než 15 % fayalitu, jeho teplota tání je totiž jen 1205°C.

V chemickém průmyslu se olivín používá při výrobě hnojiv, někdy slouží jako zdroj hořčíku. Žáruvzdorné materiály se uplatňují při výrobě slévačských forem, v metalurgii, při lití oceli i jako vyzdívky spalovacích pecí.

Jako šperkařský kámen se zpracovává nejčastěji odrůda chryzolit, neporušené, pěkně zbarvené krystalky jsou vhodné i k výbrusu. U nás se olivíny vyskytují například v peridotitech v Pocínovicích, v bazaltech u Semil, také v Podkrkonoší, Českém středohoří, Nízkém Jeseníku.

Ve středověku se u nás šperkový olivín získával v okolí Turnova, Anselmus Boetius, osobní lékař Císaře Rudolfa, popisuje výskyt olivínů na Kozákově.

Olivínové koule z této lokality vznikly ve svrchní části zemského pláště a spolu proudem čedičového magmatu se dostaly na zemský povrch. Největší broušený kozákovský olivín je uložen v Národním muzeu a váží 3,14 g /15,67 karátů/.

Krystalky olivínu můžeme najít i ve skalním masivu Vrkoč v českém středohoří, který svým tvarem připomíná cop. Ve velkých hloubkách zemského pláště mění za vysokých tlaků olivín krystalovou strukturu.

Vznikají jeho vysokotlaké modifikace. Za hranicí 410km pod povrchem se z něj stává wadsleyit a v oblasti 520-660 km pod povrchem ringwoodit. V těchto hloubkách dochází ke skokovým změnám hustoty zemského pláště.

Na dně Rudého moře, v oblastech riftu, kde se roztahuje oceánské dno, vytéká magma do mořské vody. rychle se ochlazuje, vzniká přitom takzvaná polštářová láva.

Římané olivín znali jako topasios. Nazvali ho podle ostrova Topasos v Rudém moři, kde je dodnes naleziště chryzolitu, drahokamové odrůdy. Jméno chryzolit pochází z řečtiny - chrysos znamená zlato a lithos kámen.

Střední Evropa se seznámila s olivínem za křížových výprav. Byl často používán často při výzdobě kostelů, oblíbeným se stal zejména v baroku.

Halové jevy

Halové jevy jsou optické úkazy v atmosféře vznikající lomem a odrazem světla (slunečního, měsíčního, případně z umělých zdrojů) na drobných ledových krystalcích. Nejvíce halových jevů se objevuje kolem zdroje světla (Slunce, Měsíc, pouliční osvětlení), ale existují i takové, které se vyskytují na opačné straně oblohy.

Halové jevy mají určité rozměry a vzdálenosti od Slunce, nebo jiných zdrojů světla na kterých vzniknou, ale není na první pohled snadné je změřit. Jejich rozměry se udávají ve stupních.

Pro zjednodušení si oblohu představíme jako kruh, v jehož středu máme nadhlavník (zenit). Tato kružnice je rozdělena na 360 částí, z nichž každá představuje jeden úhlový stupeň. Pozorovatel, který stojí uprostřed kruhu má nad sebou nadhlavník a pokud se objeví halové jevy kolem Slunce, které je umístěno na jeho obvodu, tak se dá rozměr zjistit velice jednoduše.

Jedná se totiž o úhel mezi halovým jevem, Sluncem a pozorovatelem, případně zenitem (platí pro vedlejší slunce a 120° boční slunce. U některých halových jevů se velikost nebo vzdálenost neudává, protože se mění s výškou Slunce nad obzorem (Parryho oblouk, Wegenerův oblouk atd.).

Časté halové jevy

Mezi časté halové jevy řadíme malé halo, vedlejší slunce, dotykové oblouky malého hala, halový sloup a cirkumzenitální oblouk.

Malé halo

Je bezesporu nejčastějším halovým jevem. Jde o kruhový prstenec, jehož pomyslný střed se nachází ve Slunci nebo Měsíci, a jehož vnitřní okraj je ve vzdálenosti asi 22° (přesná hodnota je o něco nižší než 22°).

Halo vzniká dvojnásobným lomem světla na náhodně orientovaných krystalcích tvaru destiček nebo sloupků. Někdy je bezbarvé s náznakem ztmavnutí nebo zčervenání vnitřního okraje, ale někdy bývá duhové s červeným vnitřním okrajem.

Vedlejší slunce (Parhelia)

Jsou po 22° halu nejčastějším halovým jevem. Jde o dvě skvrny, které se nacházejí vpravo a vlevo od Slunce. Někdy mohou být téměř bílá, ale většinou mají duhové barvy, z nichž nejvýraznější bývá červená na vnitřní straně.

Jejich vzdálenost od Slunce kolísá. Jestliže je Slunce těsně nad obzorem, nacházejí se parhelia na malém halu a ve stejné výšce jako Slunce. S tím, jak výška Slunce nad obzorem stoupá, posouvají se parhelia do větší vzdálenosti od Slunce. Současně s tím dochází také k poklesu jejich jasnosti.

Tato parhelia vznikají dvojnásobným lomem na krystalcích tvaru destiček, jejichž základna je orientována přibližně horizontálně. Ve výjimečných případech mohou dosáhnout opravdu velkého jasu, takže oslňují a vypadají tak jako druhé slunce na obloze.

Dotykové oblouky malého hala

Patří mezi časté jevy. Jde o dva oblouky, které se dotýkají horní a dolní části 22° hala. Vznikají na sloupcovitých krystalcích s horizontálně orientovanou hlavní osou. Díky tomu, že při jejich vzniku dochází k lomu a rozkladu světla uvnitř krystalku, můžeme u nich pozorovat spektrální barvy, přičemž červená barva se nachází blíže Slunci.

Často ale bývají bělavé. S tím, jak roste výška Slunce nad obzorem, dochází k výrazné změně tvaru oblouků, a to tak, že při rostoucí výšce Slunce dochází k rozevírání oblouků až se při výšce Slunce kolem 35° mohou spojit v tzv. opsané halo.

Halový sloup

Halový sloup patří mezi nejčastější halové jevy. Má tvar vertikálně orientovaného světelného sloupu, který vybíhá ze Slunce (respektive Měsíce, vzácně též jasných planet). Rozeznáváme u něj dvě odrůdy a to horní a dolní část, přičemž horní část je mnohem častější.

Vzniká odrazem světla na destičkovitých krystalech, jejichž základna je orientována přibližně vodorovně. Rovněž může vznikat odrazem světla na sloupcích s jednou vodorovně orientovanou stěnou (Parryho orientace), eventuálně dvojitým lomem s odrazem na destičkách, ale tyto dvě možnosti přispívají ke vzniku sloupu mnohem méně než první uvedený způsob.

Právě díky tomu, že halový sloup vzniká nejčastěji jednoduchým odrazem, nemá duhové barvy a bývá zabarven pouze podle barvy slunečního světla. Je-li například Slunce nízko nad obzorem oranžové, dostává sloup oranžovou barvu, je-li Slunce žluté, má sloup rovněž žlutavé zabarvení.

Halový sloup je pozorovatelný nejlépe při východu nebo západu Slunce, neboť při větších výškách Slunce nad obzorem se stává slabším a postupně zaniká. Při větších výškách Slunce nad obzorem lze z letadla, nebo v horách na diamantovém prachu pozorovat ještě jeden jev, a to tzv. Spodní slunce.

Cirkumzenitální oblouk

Cirkumzenitální oblouk je duhově zbarvený oblouček, který jakoby opisoval zenit. Může vypadat jako tenký a nejasný oblouk, nebo jako široký a sytě barevný půlkruh, přičemž nikdy nebude jako kompletní kruh kolem zenitu (zde trochu odbočím, neboť se do kruhu protáhnout může, ale v tomto případě se jedná již o velmi vzácný Kernův oblouk).

tags: #spektralni #barvy #v #prirode #vyskyt

Oblíbené příspěvky:

• Správné třídění kovového odpadu
• Začněte s kompostem: Návod
• Znečištění ovzduší Jablonec
• Zařízení pro balení radioaktivních odpadů v ČR
• Zajímavosti o přírodě v Praze