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水は透明なのに、海はどうして青いのでしょう?

海の青さ

木のテーブルの上に透明な水の入ったコップがあり、その隣に青い入り江を描いた絵が立ててあります。

旅先で撮った写真の海は、見事な青色です。その隣にあるコップの水は、何もしていないような顔をしています。色はどこへ行ったのでしょう?秘密はこうです。水は青い光よりも赤い光を吸収しやすいのです。コップを通り抜ける光は、ほとんど変わりません。海では光の旅がずっと長くなり、青のほうがよく生き残ります。旅の写真が、そのからくりをもうすぐ明かしてくれます。

木のテーブルに青い水辺の同じ貝殻の絵が5枚並び、左から右へ貝殻の赤みが少しずつ薄くなっています。

そのたびに、赤を少しずつ

青い水辺にある赤い貝殻の写真を加工すると想像してみましょう。赤みをほんの少し弱めます。それから、同じ加工を何度も何度も繰り返します。やがて貝殻はくすんで見えますが、水はまだ青く見えます。水も光に似たような変化を加えます。光を吸収してそのエネルギーを取り込み、青よりも速く赤を取り除くのです。通り抜ける水が多いほど、小さな加工の回数も増えます。

水面のすぐ下を泳ぐ人の下に岩と赤い貝殻があり、下へ進むほど青くなる光の束と、その人へ向かう青い光の道筋が矢印で示されています。

波の下で光を追いかけよう

水中では、距離が写真の加工をします。太陽の光にはたくさんの色が含まれていますが、水はそれぞれの色を違う速さで少しずつ吸収します。透明な海水の中を長く進むうちに、赤の多くが消えて、主に青が残ります。水は光の一部の向きも変え、水面へ、そして私たちの目へと送ります。その戻ってくる光は、すでに色を加工されているのです。海に青い絵の具はいりません。必要なのは、広さです。

左右の水中の絵には、左にくすんだ貝殻から離れたカメラ、右に赤い貝殻を照らすランプ付きの近くのカメラが描かれ、光の道筋に矢印があります。

貝殻に新しい光を

これで旅の写真への不満が説明できます。あの赤い貝殻は、近くではもっと鮮やかだったのに!水中カメラがより多くの水を通して見ると、届く貝殻の赤い光は少なくなります。近くにランプがあれば助かるでしょうか?カチッ、またバラ色です。ランプは赤を含む新しい光を送り、その光は貝殻まで行ってカメラへ戻る短い旅をするだけです。写真をよくするには、ときには通勤時間を短くする必要があるのです。

左の絵では明るい砂の上の浅いターコイズ色の水に緑と青の光の矢印があり、右の暗い水では緑の道筋が薄れ、青の道筋が長く続いています。

砂が太陽の光を送り返す

次の写真は、まるで自慢しているようです。明るい砂の上に広がるターコイズ色の浅瀬です。ここでは、水が光をそこまで大きく加工する前に、砂が太陽の光を上へ反射します。青とともに緑も多く残り、浅瀬はそのためにターコイズ色に輝くことがよくあります。もっと沖では、透明な水の中の長い旅が青を有利にします。同じ加工係が手加減しただけで、忘れられない浜辺になるのです。

左には青空の白い雲が波に映る様子、右には上から見下ろした青い水の中に光の筋が差す様子が描かれています。

さざ波に映る雲

今度は海の写真に雲が現れました。なるほど、鏡も関わっているのですね!水面は空を反射します。特に、低い角度で水面の向こうを眺めるときにそうなります。でも、透明で深い海水を見下ろすとき、空の映り込みが青さに加える分は、たいていほんの少しです。大部分は、光が水の中を旅することで生まれます。空はゲスト出演したのであって、アルバム全体を加工したわけではないのです。

左の緑の入り江の絵には小さな緑の生き物の丸い拡大図、右の茶色い岸辺の水の絵には浮かぶ粒の丸い拡大図が添えられています。

小さな乗客が残す色の手がかり

続いて、緑の入り江と茶色い岸辺の写真が出てきました。誰が設定を変えたのでしょう?今度は、水に仲間がいます。プランクトンと呼ばれる、漂う小さな生き物は、水を緑に染めることがあります。砂や泥などの小さな粒である堆積物は、水を茶色に染めることがあります。こうした乗客たちが、どの光が吸収され、どの光が戻されるかを変えます。科学者は海の色の画像を使って、プランクトンや堆積物の変化を追跡します。旅先の景色には、手がかりが隠れていることがあるのです。

木のテーブルに透明な水と氷1個が入ったコップが置かれ、その隣には青い海を描いた白い縁の絵が2枚あります。

小さなひと口、長い旅

旅の写真の隣へ戻ると、コップの水の疑いはすっかり晴れました。透明な水は向こうを見通せますが、それでも光を少し吸収します。コップの幅では効果はわずかです。海の中の長い旅では、赤がずっと多く失われ、青のほうがよく生き残ります。これで、青い海も、色あせた水中写真も説明できます。海には、何千回もの小さな加工をする広さがありました。コップには、氷ひとつ分の場所がやっとあるくらいです。