Tại sao màu xanh lam rất hiếm trong tự nhiên?

Khi nhìn lên bầu trời xanh từ trên cao hoặc nhìn khắp vùng biển rộng dường như vô tận của đại dương xanh, bạn có thể nghĩ rằng màu xanh lam là màu phổ biến trong tự nhiên. Nhưng trong số tất cả các màu được tìm thấy trong đá, thực vật và hoa, hoặc trong lông, lông vũ, vảy và da của động vật, màu xanh lam thực tế rất hiếm.

Nhưng tại sao màu xanh lam lại rất hiếm? Câu trả lời liên quan đến hóa học và vật lý học về cách màu sắc được tạo ra cùng cách chúng ta nhìn thấy chúng.

Chúng ta có thể nhìn thấy màu sắc bởi vì mỗi đôi mắt của chúng ta chứa từ 6 triệu đến 7 triệu tế bào nhạy cảm với ánh sáng được gọi là tế bào hình nón. Có ba loại tế bào hình nón khác nhau trong mắt của một người có thị lực màu bình thường. Mỗi loại tế bào hình nón nhạy cảm nhất với một bước sóng ánh sáng cụ thể: đỏ, lục hoặc lam.

Thông tin từ hàng triệu tế bào hình nón truyền đến não của chúng ta dưới dạng tín hiệu điện giao tiếp tất cả các loại ánh sáng được phản xạ bởi những gì chúng ta nhìn thấy, sau đó được hiểu là các sắc thái màu khác nhau.

Khi chúng ta nhìn vào một vật thể đầy màu sắc, chẳng hạn như viên sapphire lấp lánh hoặc một bông hoa cẩm tú cầu rực rỡ, vật thể đó đang hấp thụ một phần ánh sáng trắng chiếu vào nó. Bởi vì nó hấp thụ một phần ánh sáng, phần còn lại của ánh sáng phản xạ có một màu sắc, nhà văn khoa học Kai Kupferschmidt giải thích.

Trong quang phổ khả kiến, màu đỏ có bước sóng dài, có nghĩa là nó có năng lượng rất thấp so với các màu khác.

Kupferschmidt cho biết, để một bông hoa có màu xanh lam, nó cần có khả năng tạo ra một phân tử có thể hấp thụ một lượng rất nhỏ năng lượng để hấp thụ phần màu đỏ của quang phổ.

Việc tạo ra các phân tử như vậy rất lớn và phức tạp, là điều khó khăn đối với thực vật, đó là lý do tại sao hoa màu xanh lam được tạo ra bởi ít hơn 10% trong số gần 300.000 loài thực vật có hoa trên thế giới, phó giáo sư Adrian Dyer, nhà khoa học thị giác tại Viện Công nghệ ở Melbourne, Úc, nói.

Đối với khoáng chất, cấu trúc tinh thể của chúng tương tác với các ion (nguyên tử hoặc phân tử tích điện) để xác định phần nào của quang phổ bị hấp thụ và phần nào bị phản xạ. Khoáng chất lapis lazuli, được khai thác chủ yếu ở Afghanistan và tạo ra ultramarine sắc tố xanh hiếm, chứa các ion trisulfide - ba nguyên tử lưu huỳnh liên kết với nhau bên trong một mạng tinh thể - có thể giải phóng hoặc liên kết một electron.

Kupferschmidt cho biết, sự khác biệt về năng lượng là điều tạo nên màu xanh lam.

Trong khi đó, màu xanh lam của động vật không đến từ sắc tố hóa học. Thay vào đó, chúng dựa vào vật lý để tạo ra vẻ ngoài màu xanh lam. Đơn cử như bướm cánh xanh trong chi Morpho có cấu trúc nano phức tạp, nhiều lớp trên vảy cánh của chúng điều khiển các lớp ánh sáng để một số màu triệt tiêu lẫn nhau và chỉ có màu xanh lam được phản chiếu.

Một hiệu ứng tương tự cũng xảy ra trong các cấu trúc được tìm thấy trong lông của loài giẻ cùi xanh (Cyanocitta cristata), vảy của loài tang xanh (Paracanthurus hepatus) và các vòng nhấp nháy của loài bạch tuộc vành xanh có nọc độc (Hapalochlaena maculosa).

Sắc xanh ở động vật có vú thậm chí còn hiếm hơn ở chim, cá, bò sát và côn trùng. Một số cá voi và cá heo có da hơi xanh, các loài linh trưởng như voọc mũi hếch vàng (Rhinopithecus roxellana) có mặt da xanh, mandrills (nhân sư Mandrillus) có mặt màu xanh lam và phần đuôi phía sau màu xanh lam.

Tuy nhiên, bộ lông - một đặc điểm chung của hầu hết các loài động vật có vú trên cạn, không bao giờ có màu xanh lam sáng tự nhiên. Ít nhất, không phải trong ánh sáng nhìn thấy. Các nhà nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra lông thú mỏ vịt phát sáng với các sắc thái sống động như xanh lam và xanh lục khi tiếp xúc với tia cực tím (UV).

"Phải mất rất nhiều công sức để tạo ra màu xanh lam này; vì vậy, một câu hỏi khác được đặt ra là: Lý do tiến hóa tạo ra màu xanh lam là gì? Động lực là gì? Điều hấp dẫn khi bạn đi sâu vào những thế giới động vật này luôn là ai sẽ nhận thông điệp này và chúng có thể nhìn thấy màu xanh không?" Kupferschmidt cho biết.

Ví dụ, trong khi con người có ba loại thụ thể cảm nhận ánh sáng trong mắt chúng ta, loài chim có loại thụ thể thứ tư để cảm nhận ánh sáng UV.

Kupferschmidt giải thích rằng những chiếc lông có màu xanh lam đối với mắt người thực sự phản chiếu tia UV nhiều hơn ánh sáng xanh.

Việc sử dụng thuốc nhuộm màu xanh lam sớm nhất có từ khoảng 6.000 năm trước ở Peru. Người Ai Cập cổ đại đã kết hợp silica, oxit canxi và oxit đồng để tạo ra một sắc tố màu xanh lam lâu dài được gọi là irtyu để trang trí các bức tượng. Ultramarine, một loại đất có sắc tố xanh sống động từ lapis lazuli, quý như vàng ở châu Âu thời trung cổ được dành chủ yếu để minh họa các bản thảo được chiếu sáng.

Vì sự hiếm có của mình, xanh lam đã được xem như một gam màu cao quý từ cách đây hàng nghìn năm.

Ngoài ra, theo nghiên cứu của Frontiers in Plant Science, màu xanh lam từ lâu đã được liên kết với vị thần Hindu Krishna và với Đức mẹ đồng trinh Kitô giáo. Các nghệ sĩ nổi tiếng cũng lấy cảm hứng từ màu xanh lam trong tự nhiên bao gồm Michelangelo, Gauguin, Picasso và Van Gogh.