Każdy, kto odwiedza Park Narodowy Yellowstone, nie może nie zwrócić uwagi na magiczne kolory znajdujących się tam gorących źródeł. Badacze z Montana State University i Brandenburg University of Applied Sciences w Niemczech stworzyli prosty model matematyczny, opisujący zjawiska optyczne, które do takich efektów świetlnych prowadzą. Pisze o tym w najnowszym numerze czasopismo "Applied Optics".
Gorące źródła, w tym najsłynniejsze Wielkie Jezioro Pryzmatyczne, to jedne z największych atrakcji Parku Narodowego Yellowstone, podstawowy temat zdjęć, wykonywanych dorocznie przez miliony zwiedzających.
Choć zasadniczy mechanizm powstawania barw, związany zarówno z obecnością gorącej wody, jak i zalegających warstw bakterii był ogólnie znany, do tej pory nie wiedziano dokładnie, jak poszczególne czynniki fizyczne i chemiczne przyczyniają się do tworzenia tego widowiska. Najnowszy model nie tylko to wyjaśnia, ale pozwala też odtworzyć prawdopodobny wygląd źródeł z czasów, kiedy turyści nie zanieczyszczali ich jeszcze choćby wrzucanymi monetami.
Udało nam się pokazać, że zjawiska, z którymi mamy tu do czynienia są względnie proste, można je opisać i wyjaśnić z pomocą nieskomplikowanych modeli - tłumaczy profesor Joseph Shaw z Montana State University. Ich praca pokazuje, jak zmiany wyglądu źródeł można opisać z pomocą parametrów odbicia, rozpraszania i pochłaniania światła przy różnych warunkach oświetlenia i właściwościach optycznych zalegających tam warstw bakterii.
Zaczęliśmy tę pracę trochę dla zabawy, szybko jednak okazało się, że literatura naukowa na ten temat jest bardzo uboga. Wtedy zaczęło być naprawdę ciekawie - mówi współautor pracy, Michael Vollmer z Brandenburg University of Applied Sciences. W badaniach wykorzystano ręczne spektrometry, cyfrowe aparaty fotograficzne i kamery termiczne do pomiarów temperatury. Uwzględniono też dostępne wcześniej informacje o rozmiarach i głębokościach poszczególnych źródeł.
W przypadku źródła Morning Glory Pool ustalono na przykład, że w latach 1880 do 1940, kiedy jego wody były gorętsze, wyglądało na bardziej niebieskie. Wrzucane do niego monety, odpadki i kamienie z czasem przyblokowały nieco ujście wody i przyczyniły się do obniżenia temperatury. W tych warunkach zmienił się nieco skład zalegających tam bakterii, co doprowadziło do zmiany pary z niebieskiej na niebieską, zieloną i pomarańczową.
Model potwierdził też dość oczywistą prawdę, że w płytszych rejonach źródeł najistotniejsze dla ich barwy znaczenie mają warstwy bakterii - w głębszych dominują efekty związane z pochłanianiem i rozpraszaniem światła. Zdaniem Josepha Shawa, nowy model może pomóc z bezinwazyjnych badaniach procesów biologicznych, zachodzących w podobnych zbiornikach wodnych. Obserwacja rozkładu ich barw pozwala zdobyć zaskakująco wiele informacji na temat stanu żyjących w nich bakterii.
