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SCUBAMALL
빛에 대한 물의 반응 1)
james
08-06-10 00:00
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빛에 대한 물의 반응 1)
인간의 눈은 물체에서 반사된 빛을 모음으로 이 에너지를 신경자극으로 바꾸고 이를 해석하도록 두뇌에 전달시킴으로 물체를 보게 되며, 빛의 행동이 물을 통과하면서 변화하므로 물은 얼마나 우리가 멀리 볼 수 있는지, 그리고 투명도와 색깔, 보이는 거리 등에 영향을 미치게 됩니다.
물이 빛에 미치는 영향은 우리의 인식에 영향을 미치고, 물체는 가까이 보일 수도 있고 멀리 보일 수도 있고 색깔도 수심에 따라 달리 보일 수 있고, 우리가 수중 사진에 관심이 있다면 물과 빛의 상호작용을 이해함으로 색깔이 풍부하고 선명한 사진을 찍을 수 있을 것입니다.
(1)혼탁도와 확산
비록 평균 20퍼센트의 태양광만이 약 10미터의 맑은 물까지 투과하게 되나 개방수역의 수심 100미터 가까운 수심에서 광합성에 필요한 빛이 충분히 투과하며, 이에 반해 부유입자들이 높이 집중되어 있는 지역에는 빛이 3미터 수심에도 미치지 못하는 수도 있습니다.
이 상대적 부유입자의 집중을 혼탁도(turbidity)라고 하며, 이 부유입자는 유기체인 플랑크톤일 수도 있고 바닥 침전물이 휘저어진 무기물일 수도 있고, 혼탁도는 빗물의 유출과 같이 건강하고 생산적인 현상에서 기인했을 수도 있고 오염과 같은 건강하지 않은 것으로부터 기인할 수도 있습니다. 어느 쪽이건 더 큰 혼탁도는 물속에서 빛이 더욱 적게 투과하게 되고 시야를 떨어뜨리며, 다이브마스터에게 “수중시야가 얼마나 되죠?” 하고 묻는 경우, 여러분은 간접적으로 이 혼탁도를 묻고 있는 것입니다.
물은 빛을 흩트리고 편향하게 하는데 이를 확산(diffusion)이라고 하며, 아주 맑은 물에서도 이 현상은 일어나 투과된 빛의 양을 감소시키고, 빛은 물을 통과하면서 부유물에 빗나가게 되어 빛을 골고루 확산하게 만들며, 이로서 수중에는 그림자가 없거나 감소됩니다. 이는 또한 어떤 것을 우리로부터 더 멀리 있는 것을 “흐릿하게” 또는 불명료하게 보이게 하고, 이는 물체로부터 여러분의 눈까지 이동하는 빛이 일직선에서 약간 비스듬하게 편향되기 때문으로, 혼탁도가 더 강할수록 이 편향은 더욱 심해집니다.
(2)색깔의 흡수
색깔의 흡수를 이해하기 위해서 빛의 성질과 어떻게 우리의 눈이 이를 인식하는지부터 시작하는 것이 좋으며, 빛은 자기에너지의 형태를 가지기 때문에 파동으로 이동하고, 빛 파장의 길이는 그 에너지에 의해 결정되며, 파장은 전자기 에너지의 형태를 구분하는데 사용됩니다(예를 들어 X레이, 라디오, 보이는 빛 등). 적외선, 적외선 X레이, 극초단파와 우주선 등을 포함한 어떤 전자기 에너지 파장은 눈에 보이지 않습니다.
우리의 눈은 오직 전체 전자기 스펙트럼의 아주 좁은 부분만을 볼 수 있고, 파장은 400나노미터(nm)에서 약 760nm까지 존재하며, 이 범위의 차이들을 우리는 색깔로 인식하고, 백색광(백색광은 감지할 수 있는 모든 파장으로 구성되어 있음)이 한 물체에 도달할 때 어떤 파장은 이 물체 안에 흡수되고 어떤 파장은 반사되며, 만약 이 물체가 모든 파장들을 반사하면 우리는 이 물체를 하얀색으로 인식하고, 만약 전혀 파장들을 반사하지 않는다면(모든 가시적인 파장이 흡수되면) 우리는 이 물체를 검다고 합니다.
파장은 빛 안에 있는 에너지의 양과 관련되며, 가시 스펙트럼의 적색 끝의 색깔들은 파란색 끝의 색깔들에 비해 적은 에너지를 가지고, 완전한 스펙트럼(가시 및 비 가시)을 볼 때 적외선은 아주 낮은 에너지를 가지고 자외선은 아주 높은 에너지를 가집니다.
비록 아주 맑은 물이라고 할지라도 물은 통과하는 빛을 흡수하여 빛으로 변형시키고, 그러나 낮은 에너지를 가진 파장이 더욱 쉽게 흡수하기 때문에 물은 이를 동일하게 작용할 수 없게 되며, 그러므로 물은 적색 끝의 가시광선에 가까운 색깔을 파란색 끝의 색깔들보다 더욱 빨리 흡수하고, 이 때문에 우리가 하강함으로 빨간색이 더욱 빨리 사라지게 됩니다. 그 파장을 가진 아주 적은 빛만이 4미터 아래까지 도달하기 때문에 4미터 수심 이하에서는 빨간색을 거의 볼 수 없게 되며, 이는 갑자기 빨간색이 4미터 수심에서 눈 깜짝하는 사이에 사라진다는 이야기는 아니고, 그러나 실제적으로 빨간색이 사라지게 됩니다. 색깔의 흡수는 점진적인 절차로 2미터에서는 1미터에서보다 모든 색깔이 적어지고, 이 점진적인 거름 절차는 약한 파장에 더욱 빠르게 영향을 미칩니다.
물은 빨간색에 이어 주황색, 노란색, 그리고 초록색 순으로 흡수하며, 이 색깔의 상실 때문에 수중 사진가들은 아주 밝은 대낮에도 수중에서 플래쉬를 사용해야 하고, 플래쉬의 빛은 많은 물 사이를 통과하지 못하여 컬러플 한 사진을 위해서 흡수된 파장을 다시 회복시키게 되며, 비록 현대 디지털 카메라들이 색깔 흡수를 쉽게 수정(포토샵)할 수 있게 해 주지만, 이는 고품질의 수중 사진에서는 필수적입니다.
다이버로서 우리는 수심 때문에 빛이 흡수되는 것으로 생각하기 쉬우나 실제로 이것은 물을 통과하여 이동하는 빛의 총 거리의 작용 때문으로, 예를 들어 다이버가 아주 맑은 물에서 2미터 수심에 있다면 여러분 바로 옆에 있는 빨간색은 빨갛게 보일 것이며, 그러나 여러분이 이 빨간색으로부터 3미터 멀리 떨어지게 된다면 갈색으로 보이게 될 것입니다. 이는 빛이 총 5미터를 이동하면서 수면에서 2미터, 그리고 그 물체에서 여러분의 눈까지 3미터, 대부분의 적색 파장을 흡수하게 되기 때문에 그렇습니다. 이 때문에 수중 사진가들과 비디오그라퍼들은 광각 렌즈를 사용하며, 이 광각 렌즈로 물체에 가까이 다가갈 수 있게 되어 빛이 통과해야 하는 물의 양을 줄여줍니다.
가시광선의 경우 맑은 물은 약 480nm의 파장에 최대 투명도를 제공하며, 이로서 여러분은 파란 물을 보게 되고, 그러나 투명한 물에서 최대 투명도는 황록색 파장으로 바뀌게 되며, 이 현상 때문에 맑은 물은 파랗게 보이고 혼탁한 물은 황록색으로 보이게 됩니다. 광각사진에서 플레쉬의 빛이 약할 경우 황록색 물의 바탕을 흔히 볼 수 있고, PADI 다이브센터 스쿠바몰에서 수중사진 스페셜티 강습에 참가할 수 있습니다.
색깔의 흡수는 색깔뿐 아닌 대조에 변화를 줌으로 우리가 얼마나 잘 볼 수 있는지에 영향을 미치고, 이는 배경으로부터 두드러지는 물체가 더욱 보기 쉽기 때문으로, 실험결과들은 혼탁도, 수심, 염도, 부유물의 크기 그리고 오염 등이 모두 물에 의한 빛의 흡수에 영향을 미치고 이 대조에 역시 영향이 미침을 보여줍니다. 이는 보이는 색깔에 영향을 주는 모든 것이 보이는 대조에 또한 영향을 끼치기 때문이며, 예를 들어 수면에서 어두운 초록색 바탕의 빨간 스티커는 잘 대조를 이루는 반면, 30미터에서 이 둘은 거의 같은 색깔로 보일 수 있고, 이 빨간 스티커는 그 배경과의 대조가 사라지기 때문에 잘 보이지 않게 됩니다.
형광 색깔들은 먼저 수중에서 그들의 파장이 흔하지 않기 때문에, 그리고 둘째로 형광색은 색깔을 쉽게 반사하지 않고 짧은 파장의 빛에 의해 자극을 받을 때 색깔을 내뿜기 때문에(발광 현상)이 현상을 잘 빠져나가게 되고, 이로서 발광물체들은 깊은 수심에서도 이들의 색깔을 유지하고 눈에 띄게 되며, 다이빙 제조업체들이 주로 형광색깔을 장비에 사용하는 것도 이 때문입니다. 자연도 마찬가지이며, 그 예로 코린액터스 말미잘(Corynactus anemone)은 조직에 자연 형광물질을 함유하고 있기 때문에 수중에서도 빨간색으로 보입니다.
약간 물리에서 벗어나 인체생리학에 가까운 이야기이나 우리가 수중에서 어떻게 색깔을 보는가는 어떻게 우리의 시각구조가 작용 하는 지와 관련되어 있고, 낮은 빛 레벨에서 우리의 동공(눈의 열림)은 더 많은 빛을 받아들이려 확장되며, 열릴 수 있는 만큼 열리면 우리의 눈은 망막에 있는 광수용체(Photoreceptor) 세포(빛을 감지하는)를 움직임으로 적응을 지속하고, 우리의 눈은 주로 많은 빛에서는 원추(cone)광수용기를 사용하고 낮은 빛에서는 더욱 민감한 막대(rod)광수용체를 사용하며(원추세포와 막대세포는 그 생긴 모양으로부터 이름이 붙여짐).
막대세포는 약한 빛 아래에서도 볼 수 있게 해 주나 원추세포보다는 그 자세한 모양이나 색깔을 구별해 내는 능력이 덜하며, 이 때문에 수중의 흐릿한 빛은 더더욱 색깔 없이 보일 수 있고, 이러한 적응은 약한 빛 아래 10분 정도면 일어나기 시작하나 밝은 곳에서 아주 어두운 곳으로 들어갈 때에는 30분 이상이 걸릴 수도 있으며, 이러한 적응을 돕기 위해 특히 야간 다이빙 할 때 어떤 아이버들(특히 군대 다이버들)은 빨간 고글을 착용하거나 물속에 들어가기 전에 10에서 20분 동안 빨간불 아래에서 준비를 하기도 합니다.
그러나 침침하거나 밝은 환경에서 작용하는 또 다른 절차가 있으며, 여러분의 시각구조(눈과 두뇌 절차)는 여러분 주위 빛의 색깔을 하얗게 보이도록 조절하고, 예를 들어 표준 가정에서 사용하는 전구는 황적색을 발하도록 되어 있으나 이 전구를 하얀 벽에 비추어보면 실제로 전구 안에 있는 황적색이 보이는 것이 아닌 하얀 빛으로 보이게 됩니다.
수중에서 이 작용은 색깔의 흡수를 어느 정도 조절시키는 경향이 있고, 이 때문에 플래쉬 없이 찍힌 수중 사진은 여러분이 기억하는 것보다 훨씬 흐릿하게 나오는 것이며(여러분의 시각구조는 카메라가 할 수 없는 색깔 흡수를 조절함). 특히 필름 카메라의 경우 더욱 알아차리기 쉽고, 현대 디지털 카메라들은 부분적으로 색깔의 흡수를 자동 화이트밸런스 기능을 가집니다.
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참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
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