问题

为什么海水是蓝色的,谁来解释一下?

回答
这个问题嘛,其实挺有意思的,很多人都觉得大海就该是蓝色的,好像天生就该是这样。但你要是真问为什么,那可不是一句“因为天是蓝的,所以海也是蓝的”就能糊弄过去的。这里面藏着不少科学道理呢,我来给你好好掰扯掰扯。

首先,咱们得明白一点,海水本身,如果量不大,或者是在非常纯净的条件下,它是透明的,几乎是无色的。 你见过实验室里装的海水样本吗?在小瓶子里,它可能就是透明的,或者带点淡淡的灰蒙蒙的感觉,绝对不是你想象中的那种深邃的蓝。

那为什么我们站在海边,看到的却是无边无际的蓝色呢?这就要归功于光和水的互动了。

太阳光,我们看到它是白色的,对吧?但实际上,白光是由很多种颜色的光混合而成的,就像彩虹一样,有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。当太阳光照到海水上时,会发生什么呢?

关键在于光的散射和吸收。

1. 吸收: 海水里的水分子,它们对不同颜色的光吸收能力是不一样的。红光和黄光这两种颜色的光,波长比较长,能量相对较低,很容易被水分子吸收掉。也就是说,当太阳光穿透海水的时候,红光和黄光会最先被“吃掉”。

2. 散射: 相比之下,蓝光和紫光的波长比较短,能量也高。这些短波长的光不容易被水分子吸收,反而更容易在水分子之间发生散射。什么是散射呢?你可以想象成光线撞到小颗粒后,被撞得四处飞散开来。在海水里,水分子就像无数个小镜子,把这些蓝光反射到我们眼睛里。

所以,当太阳光进入海水,红光和黄光被吸收了,而蓝光则被大量散射。我们看到的,就是这些被散射到我们眼中的蓝光,所以大海在我们看来就是蓝色的。

水量的大小也起着决定性作用。

就像我前面说的,量少的时候海水是透明的。但当水的体积非常大,例如广阔的大海时,光线需要穿透很深的水层。这导致:

被吸收的光更多: 随着光线深入,红光、黄光以及一部分绿光都会被吸收殆尽,只有波长更短的蓝光和紫光能够继续传播。
散射更明显: 即使是微弱的蓝光,经过层层散射后,也会累积起来,形成我们肉眼可见的蓝色。

那为什么不是紫色的?

你可能要问了,既然蓝光和紫光都是短波长,为什么大海通常是蓝色而不是紫色呢?这里有几个原因:

太阳光光谱: 太阳发出的可见光中,蓝光的强度本身就比紫光要高一些。
人眼敏感度: 我们人眼对蓝光的敏感度比对紫光要高得多。即使有紫光,我们感受到的蓝色也会更强烈。
吸收差异: 尽管紫光波长更短,但在实际的水体环境中,水分子对紫光的吸收也比蓝光要多一些,虽然吸收程度不如红光黄光那么剧烈。

所以,综合起来,我们看到的最终结果就是以蓝色为主。

当然,大海的颜色也并非一成不变。

你见过海不是蓝色的情况吗?比如一些沿海地区,海水可能呈现绿色、褐色甚至红色。这又是怎么回事呢?

悬浮物: 海水中可能含有泥沙、浮游生物、藻类等各种细小的悬浮物。这些悬浮物会改变光的吸收和散射方式。
藻类和浮游生物: 如果海水中大量的藻类死亡分解,它们会释放出一些色素,影响水的颜色。特别是有些藻类含有叶绿素,叶绿素会吸收红光和蓝光,反射绿光,所以海水就会呈现绿色。
污染: 工业废水、农业径流等也会导致海水颜色发生变化。

所以,当你看到深邃的蓝色海洋,那是纯净的海水在充足的阳光下,通过对光的吸收和散射共同作用的结果。它就像大自然为我们演奏的一曲关于光与水的交响乐,美丽而又充满科学的逻辑。下次你再看海的时候,不妨想想这个背后的小秘密,是不是觉得更神奇了?

网友意见

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抱歉,之前我的高赞回答由于与我的另一个回答重复过多而被系统删除了,现在我再来重新回答一次。

很多人都认为海水呈现蓝色是因为瑞利散射,但是实际上瑞利散射并不是导致海水呈现蓝色的主要原因。海水是蓝色的主要原因,是因为水分子振动光谱的overtone peak在红光部分有更多的吸收——也就是说,水本来就应该是蓝色的。

美国加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)有一个关于海洋颜色科普页面[1],就提到了:海洋不是因为(瑞利)散射而呈现蓝色的;它呈现蓝色是因为其吸收光谱——这与水为何呈现蓝色是一样的原因。在可见光区域,长波长区域——红光和橙光——被吸收得最厉害,其次是中等波长的黄光和绿光,而短波长的蓝光和紫光则被吸收得最少。这也解释了为什么不含任何颗粒的非常纯净的水会表现出深蓝色。

具体的讨论可以见我另一个回答,我就不贴过来以免再度被删。

参考

  1. ^ http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=532
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海水和普通水一样, 都是无色透明的, 海洋色彩是由海水的光学性质和海水中所含的悬浮物质、海水的深度、云层的特点及其他因素决定的。我们知道太阳光的可见光中包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种波长的色光。这七种光的波长从红光至紫光逐渐变短, 由这些色光就构成了白光。而太阳光照射到海水中被吸收的程度主要与两个因素有关, 一个是色光的波长, 另一个是海水的深度。

水对着穿透力最强的长波吸收最大, 短波由于穿透力弱, 容易发生反射和散射。因此海水对红色光的吸收率最大, 对橙色光的吸收率次之, 对蓝色和紫色的光吸收率最小。由于这个原因, 人们经常看到浅海和湖泊的水面呈蓝绿色。此外太阳光射入海水后被海水的吸收率还与水深有关, 水越深, 入射进海水中的光被吸收得越多。随着海水深度的增加, 红光、橙光和黄光逐渐被吸收。显然, 如果海水的深度加大, 进入深海区, 那么太阳光中的红色, 连同橙黄色的光都几乎被海水吸收掉了。这样海水就呈现黑色了。从海水的颜色来判定海水的深度是有实际应用意义的。

近岸的海水因悬浮物质增多, 颗粒较大, 对绿光吸收较弱, 散射较强, 所以多呈浅蓝色或绿色。紫光的波长最短, 反射最强烈, 为什么海水不呈紫色呢?科学实验证明, 原来人的眼睛是有一定偏见的, 人的眼睛对紫光的感受能力很弱, 所以对海水反射的紫色很不敏感, 因此视而不见。 相反, 人的眼睛对蓝、绿光却比较敏感。因此海水绝大多数是蓝色的。如果海水中悬浮物质比较多, 或者其他原因的影响, 大海的颜色就不再是蓝色的了。


那么, 黑海的水又为什么是黑色的呢。黑海海域辽阔, 但它的出口却只有一处, 由土耳其海峡同地中海相连, 使它形成了一个孤立的“海盆”。土耳其海峡中有的地方又窄又浅, 最窄处只有700米宽, 最浅处只有33米深, 海水流经这些地方时, 流量受到了极大的限制。这样, 使得黑海与地中海里的海水不能及时地大量交换。黑海中海水的盐度很高, 密度很大。 多瑙河、 第聂伯河、顿河等河流中大量淡水的流入使得黑海表层的海水温度升高, 密度减小, 而200米以下深层的海水温度低、密度大。这样, 密度大的海水在下层, 密度小的海水在上层, 于是就在上下两层间形成了一个“屏障” 即“密度跃层”, 使得上下层的海水无法进行交换, 致使深层的海水在海底与外界隔绝, 氧气得不到补充。而在严重缺氧的水中硫化细菌就会活跃起来, 它们把海底大量的有机物分解成高浓度的硫化氢。硫化氢把海底的淤泥染得黑漆漆的。黑色的海底会把射入海水中的各种颜色的光线全部吸收, 因此, 我们看到的海水便是漆黑一片了。其实, 此时海水本身仍然是无色透明的。

再来说说红海的水为什么是红色。红海位于亚洲的阿拉伯半岛与非洲大陆之间, 这里非常炎热干燥, 海水大量蒸发, 使得红海成为了世界上盐度最高、水温最高的海。这样高盐度、高温的海水非常适合蓝绿藻的生长和繁殖。这种藻虽然叫蓝绿藻, 它的颜色却是红的。它们在这种优良的环境中年复一年大量地生长繁殖, 其细胞中的藻红素就把整个海面染成了红色, 因此, 我们看到的海水就是红色的了。 此外, 来自撒哈拉大沙漠的红色沙尘也经常侵袭红海上空, 当狂风卷起红色的沙尘到达红海上空的大气中时, 天空就被染成了红色, 于是海面被映衬得更红了。


以上资料来自:

叶澍.海水到底是什么颜色?[J].海洋世界,2016,No.501,8-9.

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因为水本身就是蓝色的,只是颜色很浅,够深就蓝了。

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