Eisbär: Haut- und Fellfarbe

Wissenschaft Biologie
#1

Hallo Leute,

meine Frau wollte von mir als Physiker wissen, warum ein Eisbär ein weißes Fell, aber schwarze Haut hat. Ich konnte das nicht erklären:
Das Fell ist transparent, erscheint aber durch die Brechung des Lichts an den vielen Grenzflächen (ähnlich wie eine Schneeflocke) weiß (bis gelblich). Das bedeutet, dass das Licht im sichtbaren Spektrum für alle Wellenlängen zum größten Teil (sonst wäre das Fell grau) reflektiert wird. Wenn das Licht also nicht bis zur Haut durchdringt - warum ist die dann schwarz? Wegen der erhöhten Lichtabsorption kann es nicht sein. Die These, dass die hohlen Haare als Lichtwellenleiter das Licht bis zur Haut leiten, scheint laut Wikipedia widerlegt zu sein, die hohlen Haare dienen wohl nur der Wärmeisolation. Aus diesem Grund sollte das Fell auch infrarotdicht sein, was im Umkehrschluss heißt, dass auch keine Infrarotstrahlung zur Haut gelangt.
Bei Wikipedia steht noch, dass das Fell Ultraviolett nicht reflektiert. Kann es also sein, dass das Fell ultraviolettdurchlässig ist und die Haut schwarz ist, um die UV-Strahlung besser zu absorbieren? Oder gibt es einen anderen Grund (dass es z.B. die Evolution „auf die Schnelle“ nur geschafft hat, das Fell zur Tarnung weiß zu kriegen und die Haut dann, wie beim Braunbären dunkel bleiben konnte)?
Die üblichen Erklärungen im Internet sind alle sehr oberflächlich, aber vielleicht weiß hier jemand von den Experten mehr.

Grüße, Thomas

#2

Hi Thomas,

kennst Du vielleicht Wikipedia? Da wird Dir bestimmt geholfen!

Grüße, jo_enn

#3

Servus,

was steht denn dort zur schwarzen Färbung der Haut?

Neugierich

MM

#4

Hallo,

bei Wikipedia steht nur, dass die Haut schwarz ist.

Der Hintergund: meine Frau war bei einer Vorführstunde eines Referendars, in der es um den Eisbär ging. Um zu erklären, warum dessen Haut schwarz ist, ließ er die Kinder schwarzes und weißes Papier unter eine Lampe halten. Danach sollten sie die Temperatur des Papiers messen um herauszufinden (entdeckendes Lernen), dass sich etwas Dunkles schneller erwärmt als etwas Helles.

Abgesehen davon, dass die beiden Papiere, nachdem die SchülerInnen zu ihrem Platz zurückgekehrt waren, um die Temperatur zu messen, wieder Raumtemperatur hatten (und damit die gleiche Temperatur), hatten die beiden Papiere kein Fell (was bei Papier auch eher unüblich ist). Daher hat sich meiner Frau die Frage gestellt, ob die Hautfarbe überhaupt relevant ist, wenn das Fell weiß ist (oder weiß erscheint), das auftreffende Licht also reflektiert und somit so gut wie kein Licht zur Haut durchdringt.

Also die Fakten:
Haut: schwarz (lt. Referendar, damit dem Eisbären in der Sonne warm wird),
Fell: farblos, erscheint aber durch Vielfachbrechung wie bei der Schneeflocke weiß,
Haare: hohl (leiten aber lt. Wikipedia kein Licht an die Haut weiter, das dient nur der Wärmeisolation),
keine Emission im Infraroten, damit das Tier keine Wärme über Strahlung verliert, was aber auch heißt, dass die Infrarotstrahlung der Sonne auch nicht durch das Fell dringt,
Fell absorbiert im Ultravioletten.

Also nochmal die Frage: Warum ist die Haut schwarz?

Grüße, Thomas

#5

Servus,

keine Antwort, bloß die Vermutung, dass es bei farblosen Haaren ein Stück Spektrum zwischen UV und Infrarot gibt, das auf die Haut durchkommt und auf schwarzer Haut auch ein bissle warm macht (wenn auch weniger wirksam als Infrarot). Wenn der Vorteil größer ist als der Aufwand für die schwarze Pigmentierung, rechnet sich das bereits.

Schöne Grüße

MM

#6

Hallo,

Das Fell ist transparent, erscheint aber durch die Brechung
des Lichts an den vielen Grenzflächen (ähnlich wie eine
Schneeflocke) weiß (bis gelblich). Das bedeutet, dass das
Licht im sichtbaren Spektrum für alle Wellenlängen zum größten
Teil (sonst wäre das Fell grau) reflektiert wird.

Ich würde sagen: die weiße Farbe bedeuted nur, dass das vom Fell reflektierte Licht das ganze Spektrum umfasst - das bedeuted aber nicht, dass alles Licht reflektiert wird.

Vielleicht gehen 20, 50 oder 80 % des gesamten Lichtspektrums bis zur Haut durch, trotzdem kann das Fell weiß sein, wenn nur alle Lichtfarben auch teils und im gleichen Verhältniss reflektiert werden.
So wie ein dünner weißer Stoff sehr viel Licht durchläßt, von außen gesehen aber trotzdem weiß und blickdicht erscheint.

Die Haut ist mit Sicherheit schwarz um Lichtenergie aufzunehmen. Glaube kaum, dass Braunbären eine so schwarze Haut haben und ohne guten Grund entwickelt sich nichts.

Gruß, Paran

#7

Hallo Thomas Stucky,

Also nochmal die Frage: Warum ist die Haut schwarz?

vielleicht hilft dieser Aufsatz weiter:

Könnte der Eisbär mit einem schwarzen Pelz die Wärmestrahlung der Sonne besser nutzen?
In:
http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/archiv/in…

darin u.a.:

„Das Fell ist zum Teil durchsichtig, so dass ein beträchtlicher Teil der einfallenden
Wärmestrahlung auf die schwarze Haut des Bären gelangt, und dort absorbiert wird.“

Und weiter:
Diese Ergebnisse stimmen überein mit der derzeitigen Sichtweise in der Tierphysiologie:

„Dunkle Haare und Federn schützen die Haut gegen die schädigenden Wirkungen
ultravioletter Strahlungsanteile. Obwohl sie eine beträchtliche Strahlungswärme absorbieren,
stellen sie dennoch einen Überwärmeschutz dar, da die Wärme konvektiv abgeführt werden
kann, bevor sie die Hautoberfläche erreicht.
Weiße Haare und Federn reflektieren zwar einen größeren Teil der kurzwelligen Strahlung, lassen aber die längerwellige Wärmestrahlung weitgehend ungehindert zur Haut gelangen. … “

Auch im Text:

„Beim Eisbären dagegen gelangen Teile der Sonnenstrahlung (vorwiegend der infrarote Anteil), die auf die Haare des Eisbären treffen, bis auf die schwarze Haut, werden dort absorbiert und erwärmen diese.“

Gruß

Tankred

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#8

Hallo Paran,

Ich würde sagen: die weiße Farbe bedeuted nur, dass das vom
Fell reflektierte Licht das ganze Spektrum umfasst - das
bedeuted aber nicht, dass alles Licht reflektiert wird.
Vielleicht gehen 20, 50 oder 80 % des gesamten Lichtspektrums
bis zur Haut durch, trotzdem kann das Fell weiß sein, wenn nur
alle Lichtfarben auch teils und im gleichen Verhältniss
reflektiert werden.

Ich hätte gedacht, dass das Fell dann immer dunkelgrauer wird. Wenn nicht so viel zurück kommt sondern, wo auch immer, absorbiert wird, muss das Fell doch dunkler erscheinen.

So wie ein dünner weißer Stoff sehr viel Licht durchläßt, von
außen gesehen aber trotzdem weiß und blickdicht erscheint.

Das Beispiel leuchtet ein! Das Ganze scheint wohl doch komplizierter zu sein.

Grüße, Thomas

#9

Hallo Thomas Stucky,

Das Beispiel leuchtet ein! Das Ganze scheint wohl doch
komplizierter zu sein.

ja lese halt schon endlich die bereits vorgeschlagene Literaturstelle:

http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/archiv/in…

u.a.:
„Beim Eisbären dagegen gelangen Teile der Sonnenstrahlung (vorwiegend der infrarote Anteil), die auf die Haare des Eisbären treffen, bis auf die schwarze Haut, werden dort absorbiert und erwärmen diese.“ usw. … usw.

Gruß

Tankred

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