Vol. 2° -  XXV.2.

I COLORI STRUTTURALI

Sono tre i fenomeni luminosi che danno origine ai colori strutturali: interferenza, diffrazione, diffusione. I primi due meccanismi producono colori iridescenti, contrariamente alla diffusione. L’iridescenza si realizza quando un oggetto si colora in modo differente in accordo con l’angolo visuale. Un colore non iridescente appare sempre uguale, qualunque sia l’angolo da cui viene osservato.

2.1. Colori per interferenza

L’interferenza della luce è responsabile dei colori assunti da una bolla di sapone, oppure da un sottile strato d’olio sull’acqua: la luce bianca viene riflessa dalla superficie interna ed esterna della bolla o del film di olio e se la distanza tra le superfici è uguale al ritardo ottico, cioè a un numero dispari di mezza lunghezza d’onda, parte dello spettro viene ridotto oppure cancellato, e possiamo vedere solo la somma di ciò che resta dello spettro. Inoltre, la distanza tra le superfici non è identica in tutte le aree del film lipidico e la bolla di sapone muta spessore col passare del tempo: ne risulta un gioco di colori che varia con l’angolo visuale, poiché col suo spostamento si altera il percorso dei raggi interferenti.

I colori cambiano secondo l’angolo visuale seguendo un ordine ben definito, detto sequenza di Newton; la variazione prestabilita dei colori a seconda di dove l’occhio si sposta, determina l’iridescenza. La purezza dei colori nati per interferenza viene intensificata da uno sfondo nero posto dietro al film che impedisce la riflessione della luce sia bianca che colorata, capace di diluire o di alterare i colori generati per interferenza. Colori per interferenza si possono ottenere non solo coi liquidi, ma anche con strati solidi sottili, come un foglio di mica: con questo materiale si può osservare che la luce trasmessa attraverso il foglio mostra colori complementari a quelli riflessi.

Colori per interferenza si possono ammirare nelle ali trasparenti delle mosche e di altri insetti . Oltre che per iridescenza delle ali trasparenti, altri colori possono essere dovuti a interferenza, come nei lepidotteri e nei coleotteri: il porpora di certe farfalle, come la bellissima Apatura iris, il verde-blu della Lytta vesicatoria o Cantaride. L‘iridescenza può manifestarsi anche in pesci e crostacei, molto raramente nei polli, è frequente nello Stornello, nella testa del maschio di Anatra Selvatica, ma le piume più belle colorate per interferenza sono quelle della coda del Pavone e quelle che ammantano il Colibrì.

Sono le barbule le strutture responsabili del colore iridescente: esse sono appiattite e slargate per una certa lunghezza nonché rigirate ad angolo retto, in modo da presentare all’osservatore la superficie piatta. In molti casi le barbule appiattite contengono melanina e sono rivestite in superficie da uno strato di cheratina trasparente. Questo fatto rende ragione del perché in ambienti umidi come le foreste tropicali gli uccelli possano presentare un piumaggio scuro che talora è iridescente a causa dell’imbibizione idrica della cheratina.

È opinione corrente che i colori iridescenti sono causati dall’interferenza che si crea nello strato esterno di cheratina delle barbule e che la melanina serve semplicemente a purificare i colori inibendo la riflessione di luci parassite. Recentemente è stato scoperto da Schmidt che la melanina, dotata di una sua forma specifica, è direttamente responsabile dell’interferenza. Nelle barbule appiattite i granuli formano un singolo strato e sono dotati di una specifica forma: sono forgiati a bastoncino allungato nello Stornello; hanno la forma di squame navicolari disposte a mosaico in certi Colibrì e il mosaico è presente solo nei distretti iridescenti.

La melanina ha un altissimo indice di rifrazione, maggiore di quello della cheratina circostante. Visto al microscopio in campo oscuro, ogni granulo è colorato e iridescente, con colori metallici che cambiano secondo l’angolo d’illuminazione; con luce trasmessa si possono vedere i colori complementari. L’imbibizione idrica determina il rigonfiamento dei granuli che cambiano di colore in accordo con la sequenza di Newton. Così, i granuli stessi di melanina sono causa d’iridescenza. I granuli bruno chiaro influenzano i colori da interferenza, facendoli apparire metallici; inoltre il loro elevato indice di rifrazione incrementa l’intensità dei colori.

Nelle piume iridescenti dei Piccioni i granuli di melanina sono responsabili del colore secondo un’altra modalità: essi sono globosi con diametro inabituale di 3 µ, troppo grandi per produrre colori da interferenza tra la superficie superiore inferiore. Usando un microscopio con illuminazione dall’alto, si possono dimostrare nelle barbule innumerevoli punti colorati: si tratta dei granuli di melanina che producono colori per interferenza nel punto in cui sono addossati allo strato esterno della cuticola di cheratina. È lo stesso fenomeno che determina gli anelli di Newton apponendo una lente convessa su una superficie di vetro. I granuli di melanina sporgono nello spazio d’aria compreso tra la cuticola superiore e inferiore delle barbule, e i colori vengono estinti quando l’aria è rimpiazzata da alcol o da xilolo. Tutto ciò fu scoperto nel 1903 ed è stato recentemente confermato. Nei Piccioni bianchi le ali sono iridescenti pur in assenza di melanina: in questo caso l’iridescenza può essere dovuta all’interferenza che si produce tra gli strati di cheratina.

Le colorazioni iridescenti sono ampiamente diffuse nella classe degli Insetti. Diversamente da altre colorazioni, esse non vengono prodotte da pigmenti, ma si originano con meccanismi fisici. Affinché si formino i colori iridescenti, è indispensabile che la superficie su cui cade la luce, che nei Lepidotteri è rappresentata dalle squame delle ali, sia formata da sottilissime lamelle.

Allorché un raggio luminoso bianco contenente tutti i colori dello spettro incontra secondo un determinato angolo la superficie di una lamella trasparente, le singole lunghezze d’onda vengono rifratte in misura diversa, per cui si forma una banda spettrale analoga a quella che si ottiene quando si fa passare della luce bianca attraverso un prisma. I raggi penetrati all’interno della squama incontrano la superficie di separazione fra due lamelle contigue, vengono in parte riflessi e in parte si propagano oltre la superficie stessa, ove il processo si ripete. In conseguenza di questa serie di rifrazioni, i raggi parziali derivanti da un raggio di luce bianca finiscono per coincidere nuovamente tra loro allorché si riflettono sulla superficie. Le onde luminose si possono considerare come piccoli pacchetti di energia che si sommano quando sono in concordanza di fase e quando derivano da uno stesso raggio.

A seconda del valore dell’angolo d’incidenza varia l’angolo di riflessione; le onde dei raggi che tornano a coincidere, avendo compiuto un percorso diverso, possono essere in concordanza o in discordanza di fase; i pacchetti di energia possono cioè rafforzarsi o indebolirsi: nel primo caso il raggio è nuovamente visibile, nel secondo scompare. Si tratta appunto dell’interferenza. Poiché i raggi a diversa lunghezza d’onda e quindi di diverso colore, vengono rifratti secondo angoli differenti, per ogni determinato angolo d’incidenza del raggio di luce bianco apparirà sempre soltanto un solo colore, che verrà sostituito da un altro quando viene variato l’angolo stesso.

Per esempio, se l’angolo d’incidenza è minore appare il blu, se è maggiore compare il giallo, mentre gli altri colori scompaiono. In tal modo si spiega la ragione della continua variazione dei colori, e quindi della loro iridescenza; in condizioni estreme la luce incidente può essere assorbita completamente per cui il corpo risulta nero.

Nei Morfidi le lamelle delle squame sono disposte obliquamente: in questo caso possono riapparire soltanto i colori blu e questi Lepidotteri appaiono, a seconda dell’angolo di incidenza della luce, o blu o neri. Negli Uranidi le lamelle sono invece parallele alla superficie, e pertanto, sempre in rapporto all’angolo di incidenza, possono originarsi tutti i colori dello spettro.