Die Schönheit der Farbtransformation im Herbstlaub
Dieser Blog ist inspiriert von John Seymour, auch bekannt als John the Math Guy (http://johnthemathguy.com/).
Letztes Jahr, 2016, schrieb John einen Blog über seinen brennenden Busch, den Euonymus alatus, und die Tatsache, dass dieser im September eine chromatische Verwandlung begann (http://johnthemathguy.blogspot.com/2016/09/the-color-of-leaves.html). In seinem Artikel pflückte er mehrere Blätter und zeichnete den CIE a*- & b*-Graphen sowie eine Spektralkurve für jedes Blatt auf.
Da Ahornbäume in dieser Gegend recht verbreitet sind, habe ich mich entschieden, die kolorimetrische Darstellung von zwei Arten zu untersuchen: Acer rubrum (auch bekannt als Roter Ahorn: https://en.wikipedia.org/wiki/Acer_rubrum) und Acer platanoides (auch bekannt als Spitzahorn: https://en.wikipedia.org/wiki/Acer_platanoides). Bitte beachten Sie, dass alle unten genannten Blätter im selben Zeitraum im Oktober 2017 gesammelt wurden. Daher ist die Farbe jedes Blattes nur eine Momentaufnahme dieser spezifischen Zeit und dieses Ortes. Am Ende dieses Artikels wird der Farbraum aller für diesen Artikel gesammelten Blätter im 3D-CIE-L*a*b*-Farbraum zur visuellen Unterhaltung dargestellt.
Verbreitung des Rotahorns im Norden der USA (Northern Research Station)
Verbreitung des Spitzahorns im Norden der USA (Northern Research Station)
Einleitung
Herbstlaub wird von vielen in der Nordostregion der Vereinigten Staaten sehr geschätzt. Es ist nicht ungewöhnlich, während der Laubfärbungszeit Familien auf einem Roadtrip oder beim Camping in nationalen oder staatlichen Schutzgebieten anzutreffen. Ziel dieses Artikels ist es, Blätter mit unterschiedlichen Laubfärbungsgraden hinsichtlich spektraler Reflexionsdaten zu untersuchen, was der Art und Weise ähnelt, wie unsere menschlichen Augen Farbe sehen. Blätter, die ihre Farbe aufgrund von Chlorose, Stress oder anderen Faktoren ändern, werden in diesem Artikel nicht behandelt.
Die Farbentwicklung des Herbstlaubes von Ahornbäumen ist mit drei Hauptpigmenten gut bekannt: Chlorophyll-, Carotinoid- und Anthocyanpigmente. Chlorophyll ist die Substanz, die Blätter vom frühen Frühling bis zum Spätsommer grün erscheinen lässt (Kozlowski und Pallardy). Wenn die niedrigeren Temperaturen und kürzeren Tage beginnen, beginnt sich das Carotinoid, das während der gesamten Vegetationsperiode in den Blättern enthalten ist, zu zeigen, um das Chlorophyll bei der Lichtabsorption für die Photosynthese zu unterstützen (Dey und Harbourne). Bei Pflanzen mit Anthocyan ist dieses Pigment für die rot-rosa Färbung der Ahornblätter im Herbst verantwortlich.
Methodik
Jedes Blatt wurde zwischen zwei Papierstücke gelegt und einige Tage lang mit Buchgewichten beschwert, um eine flache, glatte Messfläche zu gewährleisten. Während der Messung wurde jedes Blatt von einer neutralen weißen Keramikfliese unterlegt, und 3 Messwerte wurden gemittelt, um ein Endergebnis zu erhalten. Da es keine besonderen Effekte der Blätter gab, wie Metallflocken oder exotische Beschichtungen, verwendete ich ein 0/45-Geometrie-Spektralphotometer, den Techkon SpectroDens 4, als Hauptinstrument zur Farberfassung. Die Daten wurden mit der MatchMyColor Colibri Software importiert und analysiert.
Aufwendiger Aufbau zur Messung von Blättern
Ergebnis und Diskussion
Aus den untenstehenden Spektralkurven geht hervor, dass grüne Blätter einen Buckel im Bereich von etwa 550 nm aufweisen, wobei der blaue und rote Bereich unterdrückt sind. Das Chlorophyll absorbiert den größten Teil des blauen und roten Wellenlängenlichts und reflektiert die grüne Komponente. Die Abbildung unten zeigt die relative Absorption des Chlorophyllpigments (mit freundlicher Genehmigung von Harvard Forest) und die Spektralkurve von grünlichen Rotahornblättern.
Spektrale Reaktion des Chlorophyllpigments (Harvard Forest & MatchMyColor Colibri)
Mit der Entwicklung des Anthocyanpigments werden die meisten blauen, grünen und teilweise gelben Wellenlängen des Lichts absorbiert, während fast das gesamte rote Farbspektrum reflektiert wird. Je nach Grad der Laubfärbung dominieren verschiedene Rottöne das Erscheinungsbild der Blätter. Unten sind die relative Absorption (mit freundlicher Genehmigung von Harvard Forest) des Anthocyanpigments und die Spektralkurve von rötlichen Rotahornblättern dargestellt.
Spektrale Reaktion des Anthocyanpigments (Harvard Forest & MatchMyColor Colibri)
Wenn die Blätter Chlorophyll verlieren und Carotinoid sich zeigt, um den Photosyntheseprozess zu unterstützen, beginnen die Blätter eine höhere Reflexion im Lichtwellenbereich des grünen und gelben sichtbaren Spektrums und des unteren roten Gegenstücks zu zeigen und absorbieren weiterhin blaues Licht im Spektrum. Mit anderen Worten, die Blätter beginnen gelb zu werden, als letzte Farbe in ihrem Lebenszyklus. Unten sind die relative Absorption (mit freundlicher Genehmigung von Harvard Forest) und die Spektralkurve von gelblichen Rotahornblättern dargestellt.
Spektrale Reaktion des Carotinoidpigments (Harvard Forest & MatchMyColor Colibri)
Hier sind die Spektralkurven für alle Rotahornproben, die in den obigen Abschnitten besprochen wurden.
Spektralkurven für Rotahornblätter
Da das Farbentwicklungsverhalten des Spitzahorns dem des Rotahorns sehr ähnlich ist, wird hier auf eine redundante Analyse verzichtet. Unten sind die Spektralkurven für alle Spitzahornproben, die ich für diesen Artikel gesammelt habe.
Spektralkurven für Spitzahornblätter
Dank der 3D-Gamut-Ansicht in der Colibri Software habe ich alle Messungen für diesen Artikel importiert und nach Baumart sortiert, wodurch der Farbraum für Proben von zwei Ahornbaumarten abgebildet wurde und gleichzeitig eine Augenweide für alle Farb-/Waldliebhaber da draußen ist!
3D-Gamut-Anzeige von Rotahorn- und Spitzahornblättern, gesammelt in der Colibri Software
Referenz
Dey, P.M. und Harbourne. 1997. Pflanzenbiochemie. Academic Press, San Diego, Kalifornien.
Kozlowski, T.T. und S.G. Pallardy. 1997. Physiologie der Holzpflanzen. Academic Press, San Diego.
Harvard Forest. 2017. http://harvardforest.fas.harvard.edu/leaves/pigment
John Seymour. 2016. Die Farbe der Blätter. http://johnthemathguy.blogspot.com/2016/09/the-color-of-leaves.html