Struktuurne värvus

Päevapaabusilma tiibadel on struktuurne värvus

Struktuurne värvus (ingl k structural coloration) on värvuse tüüp, mis tuleneb värvilisena tajutava objekti mikroskoopilisest struktuurist ja on tingitud nähtava valguse interferentsist objekti pinnal.

Struktuurse värvuse tekkimiseks peab objekti pind kas koosnema korrapärase paigutusega kihtidest (soomustest, fiibritest, kristallidest vms), mille mõõtmed on nähtava valguse lainepikkuse suurusjärgus (ligi 380–760 nanomeetrit), või siis kujutama endast peent kilet. Esimesel juhul tekib interferents valguse lainete vahel, mis peegelduvad ruumiliselt eri tasanditel paiknevatelt kihtidelt (sisuliselt difraktsioonivõrelt). Teisel juhul tekib interferents valguse lainete vahel, mis peegelduvad ühtlase paksusega kile välis- ja sisepinnalt (füüsikas kasutatakse selle nähtuse kohta ka mõistet õhukese kile interferents, ingl k thin-film interference).[1][2]

Konstruktiivse ja destruktiivse interferentsi käsitlemine Braggi seaduse alusel

Vastandumine pigmentide optilistele omadustele

[muuda | muuda lähteteksti]
Paabulinnu sabasulgede värvus on tingitud nii pruunist pigmendist kui ka sulgede mikroskoopilisest struktuurist

Struktuurne värvus mõnevõrra vastandub pigmendipõhisele värvusele, mis on tingitud nähtava valguse (osalisest) neeldumisest pigmendimolekulis. Samas tekib mitmete bioloogiliste objektide värvus tegelikult struktuurse ja pigmendipõhise värvuse kombineerumisel. Näiteks sisaldavad paabulinnu suled ainult pruuni värvusega pigmenti, kuid sule otsa sinise, helesinise ja rohelise värvuse tekke aluseks on sule mikroskoopiline struktuur.[3][4] Samuti suudavad mõningad peajalgsed oma naha värvust kiiresti muuta, kombineerides nahas sisalduva pigmendi värvust ja muutes samas nahaaluste lihaste abil naha mikroskoopilist struktuuri (st sisuliselt muutes difraktsioonivõre võrekonstanti).[5]

Õhukese kihi interferents ja irisatsioon

[muuda | muuda lähteteksti]
Seebimulli eri osad paistavad olevat eri värvusega – näide õhukese kile interferentsist

Õhukese kile interferents kui struktuurse värvuse alaliik on äratuntav selle järgi, et objekti värvus muutub oluliselt, olenevalt vaatenurgast ja valguse pealelangemise nurgast objektile (näiteks nagu seebimull või kütuselaik veepinnal). Ingliskeelses kirjanduses kohtab seoses struktuurse värvusega sageli ka mõistet iridescence (eesti keeles esineb mõiste "irisatsioon" küll põhiliselt meteoroloogias, seoses mõnda tüüpi pilvede sillerdava värvusega) – mingisuguse pinna värvuse muutumist, olenevalt vaatenurgast (näiteks nagu CD-ketta puhul). Irisatsiooni füüsikaline määratlus on mõnevõrra ebaselge: see on tingitud interferentsist valguse lainete vahel, mis on korduvalt peegeldunud läbipaistvatelt ja poolläbipaistvatelt õhukestelt pindadelt. Seega võib irisatsiooni vaadelda kombinatsioonina difraktsioonivõre-tüüpi interferentsist ja õhukese kile-tüüpi interferentsist.[6][7][8]

Esinemine looduses

[muuda | muuda lähteteksti]
Vismuti struktuurne värvus on tingitud õhukesest oksiidikilest metalli pinnal.

Struktuurne värvus esineb looduses näiteks ka paljude liblikaliste ja kiililiste tiibades, vikerforelli soomustes, mõningate õistaimede õites ja taime Pollia condensata marjades, pärlmutris, mineraalis opaalis, vismuti kristallides jms.[9][10][11]

Labradoriidi irisatsioon

Viited

[muuda | muuda lähteteksti]
  1. ↑ Kinoshita, S; Yoshioka, S; Miyazaki, J (6. juuni 2008). "Physics of structural colors". Reports on Progress in Physics. 71 (7): 076401. DOI:10.1088/0034-4885/71/7/076401. ISSN 0034-4885.
  2. ↑ Stavenga, Doekele G. (1. jaanuar 2014). "Thin Film and Multilayer Optics Cause Structural Colors of Many Insects and Birds". Materials Today: Proceedings. Living Light: Uniting biology and photonics – A memorial meeting in honour of Prof Jean-Pol Vigneron (inglise). 1: 109–121. DOI:10.1016/j.matpr.2014.09.007. ISSN 2214-7853.
  3. ↑ Zi, Jian; Yu, Xindi; Li, Yizhou; Hu, Xinhua; Xu, Chun; Wang, Xingjun; Liu, Xiaohan; Fu, Rongtang (28. oktoober 2003). "Coloration strategies in peacock feathers". Proceedings of the National Academy of Sciences (inglise). 100 (22): 12576–12578. DOI:10.1073/pnas.2133313100. ISSN 0027-8424. PMC 240659. PMID 14557541.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  4. ↑ Medina, José M.; Díaz, José A.; Vukusic, Pete (20. aprill 2015). "Classification of peacock feather reflectance using principal component analysis similarity factors from multispectral imaging data". Optics Express. 23 (8): 10198–10212. DOI:10.1364/OE.23.010198. ISSN 1094-4087. PMID 25969062.
  5. ↑ Williams, Thomas L.; Senft, Stephen L.; Yeo, Jingjie; Martín-Martínez, Francisco J.; Kuzirian, Alan M.; Martin, Camille A.; DiBona, Christopher W.; Chen, Chun-Teh; Dinneen, Sean R.; Nguyen, Hieu T.; Gomes, Conor M.; Rosenthal, Joshua J. C.; MacManes, Matthew D.; Chu, Feixia; Buehler, Markus J. (1. märts 2019). "Dynamic pigmentary and structural coloration within cephalopod chromatophore organs". Nature Communications (inglise). 10 (1): 1004. DOI:10.1038/s41467-019-08891-x. ISSN 2041-1723.
  6. ↑ Meadows, Melissa G.; Butler, Michael W.; Morehouse, Nathan I.; Taylor, Lisa A.; Toomey, Matthew B.; McGraw, Kevin J.; Rutowski, Ronald L. (6. aprill 2009). "Iridescence: views from many angles". Journal of the Royal Society, Interface. 6 Suppl 2 (Suppl 2): S107–113. DOI:10.1098/rsif.2009.0013.focus. ISSN 1742-5689. PMC 2706472. PMID 19336343.
  7. ↑ "Optika õppetunnid looduses (Huvitav füüsika II)". opik.fyysika.ee. Vaadatud 22. jaanuaril 2023.
  8. ↑ "Irisatsioon – sõnastik – Riigi Ilmateenistus". Keskkonnaagentuur | ILM. Originaali arhiivikoopia seisuga 28. juuli 2022. Vaadatud 22. jaanuaril 2023.
  9. ↑ Srinivasarao, Mohan (1. juuli 1999). "Nano-Optics in the Biological World: Beetles, Butterflies, Birds, and Moths". Chemical Reviews (inglise). 99 (7): 1935–1962. DOI:10.1021/cr970080y. ISSN 0009-2665.
  10. ↑ Kooi, Casper J.; Wilts, Bodo D.; Leertouwer, Hein L.; Staal, Marten; Elzenga, J. Theo M.; Stavenga, Doekele G. (2014). "Iridescent flowers? Contribution of surface structures to optical signaling". New Phytologist (inglise). 203 (2): 667–673. DOI:10.1111/nph.12808. ISSN 0028-646X.
  11. ↑ Ozaki, Ryotaro; Kikumoto, Kei; Takagaki, Masataka; Kadowaki, Kazunori; Odawara, Kazushi (27. juuli 2021). "Structural colors of pearls". Scientific Reports (inglise). 11 (1): 15224. DOI:10.1038/s41598-021-94737-w. ISSN 2045-2322.