wonderleaf
wonderleaf.
62 36%

水是透明的,海洋为什么是蓝色的?

海洋的蓝色

木桌上放着一杯清澈的水,旁边立着一张描绘蓝色海湾的图画。

度假照片里的海洋蓝得绚丽夺目。旁边的一杯水却显得一脸无辜。颜色到哪里去了?秘密在这里:水更容易吸收红光,而不是蓝光。一杯水几乎不会改变穿过它的光。海洋让光走上漫长得多的旅程,而蓝光更能留存下来。度假照片就要揭开这个小把戏了。

木桌上并排放着五张相同的蓝色水边贝壳图,贝壳从左到右逐渐褪去红色。

每次少一点红色

想象一下,你正在编辑一张红色贝壳靠着蓝色海水的照片。把红色调低一点点。然后一遍又一遍地重复同样的编辑。最后,贝壳变得暗淡,海水却依然是蓝色的。水也会对光做出类似的改变:它吸收光,接收光的能量,而且去除红光的速度比蓝光快。光需要穿过的水越多,这样的小小编辑就越多。

水面下有一个人游在岩石和红色贝壳上方,箭头标出向下逐渐变蓝的光束,以及朝游泳者延伸的蓝色光路。

跟着光走进波浪下方

在水下,距离负责编辑。阳光含有许多颜色,而水一直在以不同的速度吸收它们。光沿着漫长的路径穿过清澈海水时,大量红光消失,留下的主要是蓝光。水还会改变一部分光的方向,让它朝水面返回,进入我们的眼睛。这些返回的光,颜色已经被编辑过了。大海不需要蓝色颜料,它需要的是空间。

两幅水下画面中,左边的相机远离一枚暗淡的贝壳,右边的相机靠近一枚红色贝壳并用亮着的灯照射它,箭头标出了光的路径。

给贝壳送来新鲜的光

这就解释了看度假照片时的一句抱怨:那枚红色贝壳近看明明鲜艳得多!水下相机隔着更多的水看贝壳,接收到的贝壳红光就更少。附近的一盏灯能帮忙吗?咔嗒,又变得红润了。灯提供含有红光的新鲜光线,只需走一小段路,到达贝壳,再返回相机。有时,想拍出更好的照片,就得缩短通勤路程。

左幅画面中,绿光和蓝光箭头穿过浅沙上方的浅青绿色海水,右幅较暗海水中的绿色光路逐渐变淡,蓝色光路则延伸得更远。

沙子把阳光送回来

下一张照片简直是在炫耀:浅色沙子上方,是一片青绿色的浅海。这里,水还来不及做出那么强烈的编辑,沙子就把阳光向上反射回去了。更多绿光和蓝光一起留存下来,常常让这些浅水泛出青绿色的光。更远的海面下,光在清澈水中的旅程更长,蓝光更占优势。同一位编辑,轻一点的手法,就有了一片值得铭记的海滩。

左幅画面中,蓝天下的白云映在波纹上,右幅俯视画面则呈现出蓝色水中的道道光线。

波纹上的一朵云

现在,海的照片里出现了一朵云。啊哈,原来还有镜子参与!水面会反射天空,尤其是当我们从低角度望过水面时。不过,向下看进清澈而深的海水时,天空的倒影通常只贡献了少量蓝色。大部分蓝色来自光在水中的旅程。天空只是客串出场,并没有编辑整本相册。

两张海岸图中,左边的绿色海湾配有微小绿色生物的圆形放大图,右边的褐色岸边海水配有悬浮颗粒的圆形放大图。

微小乘客留下彩色线索

接着,是绿色海湾和褐色岸边的照片。谁改了设置?这一次,水有了同伴。称为浮游生物的微小漂流生物,能把水染绿。沉积物,也就是沙子和泥等小颗粒,能把水染成褐色。这些乘客会改变哪些光被吸收、哪些光被送回来。科学家利用海洋颜色的图像,追踪浮游生物和沉积物的变化。度假时的一片风景,也可能藏着线索。

木桌上放着一杯清澈的水,杯中有一块冰,旁边是两张带白边的蓝色海面图。

小小一口,漫长旅程

回到度假照片旁边,这杯水终于洗清了所有罪名。清澈的水让我们能看穿它,却仍会吸收一些光。光穿过一只杯子时,这种影响微乎其微;在漫长的海洋旅程中,红光损失得更多,蓝光更能留存下来。这既解释了蓝色的大海,也解释了褪色的水下照片。海洋有足够的空间,容纳数千次小小的编辑。杯子里却只勉强容得下一块冰。