Il colore dell’acqua varia a seconda delle condizioni ambientali in cui è presente l’acqua. Mentre quantità relativamente piccole di acqua sembrano essere incolori, l’acqua pura ha un leggero colore blu che diventa un blu più profondo man mano che aumenta lo spessore del campione osservato. La tonalità blu dell’acqua è una proprietà intrinseca ed è causata dall’assorbimento selettivo e dalla dispersione della luce bianca. Elementi disciolti o impurità sospese possono dare all’acqua un colore diverso.

Colore intrinseco
Il colore intrinseco dell’acqua liquida può essere dimostrato guardando una sorgente di luce bianca attraverso un lungo tubo che viene riempito con acqua purificata e chiuso ad entrambe le estremità con una finestra trasparente. Il colore blu turchese chiaro è causato da un debole assorbimento nella parte rossa dello spettro visibile.

Gli assorbimenti nello spettro visibile sono solitamente attribuiti alle eccitazioni degli stati di energia elettronica nella materia. L’acqua è una semplice molecola a tre atomi, H ₂ O, e tutti i suoi assorbimenti elettronici si verificano nella regione dell’ultravioletto dello spettro elettromagnetico e quindi non sono responsabili del colore dell’acqua nella regione visibile dello spettro. La molecola d’acqua ha tre modalità fondamentali di vibrazione. Due vibrazioni di stiramento dei legami OH nello stato gassoso dell’acqua si verificano in v ₁ = 3650 cm ^-1 e v ₃ = 3755 cm ^-1 . L’assorbimento dovuto a queste vibrazioni si verifica nella regione dell’infrarosso dello spettro. L’assorbimento nello spettro visibile è dovuto principalmente all’armonica v ₁ + 3v ₃ = 14,318 cm ^-1 , che è equivalente a una lunghezza d’onda di 698 nm. Allo stato liquido a 20 ° C queste vibrazioni sono spostate verso il rosso a causa del legame idrogeno, con conseguente assorbimento rosso a 740 nm, altre armoniche come v ₁ + v ₂ + 3v _{3 che} danno assorbimento rosso a 660 nm. La curva di assorbimento per l’acqua pesante (D ₂ O) ha una forma simile, ma è spostata ulteriormente verso l’estremità infrarossa dello spettro, poiché le transizioni vibrazionali hanno un’energia inferiore. Per questo motivo, l’acqua pesante non assorbe la luce rossa e quindi i grandi corpi di D ₂ O mancherebbero del caratteristico colore blu dell’acqua leggera più comunemente trovata ( ¹ H ₂ O).

L’intensità di assorbimento diminuisce marcatamente con ogni overtone successivo, con conseguente assorbimento molto debole per il terzo tono. Per questo motivo, il tubo deve avere una lunghezza di un metro o più e l’acqua deve essere purificata mediante microfiltrazione per rimuovere eventuali particelle che potrebbero produrre scattering Mie.

Colore dei laghi e degli oceani
I laghi e gli oceani appaiono blu per diversi motivi. Uno è che la superficie dell’acqua riflette il colore del cielo. Mentre questa riflessione contribuisce al colore osservato, non è l’unica ragione.

Parte della luce, colpendo la superficie dell’oceano, viene riflessa direttamente indietro, ma la maggior parte di esso penetra nella superficie dell’acqua interagendo con le sue molecole. La molecola d’acqua può vibrare in tre modi diversi quando la luce lo colpisce. Le lunghezze d’onda della luce rosse, arancioni, gialle e verdi vengono assorbite in modo che la luce rimanente vista sia composta da blues e violette a lunghezza d’onda più corta. Questa è la ragione principale per cui il colore dell’oceano è blu.

Alcuni componenti dell’acqua di mare possono influenzare l’ombra del blu dell’oceano. Questo è il motivo per cui può sembrare più verde o più blu in diverse aree. L’acqua nelle piscine (che può contenere anche vari prodotti chimici) con i lati e il fondo dipinti di bianco apparirà come un blu turchese.

L’acqua pulita appare blu nelle piscine con piastrelle bianche e nelle piscine coperte dove non c’è il cielo blu a cui riflettere. Più profonda è la piscina, più blu è l’acqua.

Anche la dispersione di particelle sospese gioca un ruolo importante nel colore dei laghi e degli oceani. Alcune decine di metri d’acqua assorbiranno tutta la luce, quindi senza dispersione, tutti i corpi d’acqua apparirebbero neri. Poiché la maggior parte dei laghi e degli oceani contiene materia vivente sospesa e particelle minerali, nota come materia organica disciolta (CDOM), la luce dall’alto viene riflessa verso l’alto. Scattering da particelle sospese normalmente darebbe un colore bianco, come con la neve, ma poiché la luce prima attraversa molti metri di liquido blu, la luce diffusa appare blu. In acqua estremamente pura – come si trova nei laghi di montagna, dove manca la dispersione delle particelle di colore bianco – anche la dispersione delle molecole d’acqua contribuisce a conferire un colore blu.

Un altro fenomeno che si verifica è la diffusione di Rayleigh nell’atmosfera lungo la linea di vista: l’orizzonte è in genere distante 4-5 km e l’aria (che si trova appena sopra il livello del mare nel caso dell’oceano) è al suo punto più denso. Questo meccanismo aggiungerebbe una sfumatura blu a qualsiasi oggetto distante (non solo al mare) perché la luce blu sarebbe dispersa nella propria linea di vista.

Le superfici di mari e laghi spesso riflettono il lucernario blu, facendole apparire più blu. Il contributo relativo del lucernario riflesso e la luce diffusa dalle profondità dipende fortemente dall’angolo di osservazione.

Colore dei ghiacciai
I ghiacciai sono grandi corpi di ghiaccio e neve formati durante climi molto freddi da processi che coinvolgono la compattazione della neve caduta. Mentre i ghiacciai innevati appaiono bianchi da una certa distanza, da vicino e quando sono schermati dalla luce ambientale diretta, i ghiacciai di solito appaiono di un blu intenso a causa delle lunghe lunghezze del percorso della luce riflessa interna.

Quantità relativamente piccole di ghiaccio normale appaiono bianche, perché sono presenti molte bolle d’aria e anche perché piccole quantità di acqua sembrano essere incolori. Nei ghiacciai, d’altra parte, la pressione fa spremere le bolle d’aria, intrappolate nella neve accumulata, aumentando la densità del ghiaccio creato. Poiché grandi quantità di acqua sembrano essere blu, quindi un grande pezzo di ghiaccio compresso, o un ghiacciaio, apparirebbe blu.

Colore dei campioni d’acqua
Il materiale disciolto e particolato nell’acqua può causare scolorimento. La leggera decolorazione è misurata in unità Hazen (HU). Le impurità possono anche essere colorate in profondità, ad esempio i composti organici disciolti chiamati tannini possono produrre colori marrone scuro, oppure le alghe che galleggiano nell’acqua (particelle) possono conferire un colore verde.

Il colore di un campione d’acqua può essere segnalato come:

Il colore apparente è il colore dell’intero campione di acqua e consiste in un colore di componenti sia disciolti che sospesi.
Il vero colore viene misurato dopo aver filtrato il campione d’acqua per rimuovere tutto il materiale sospeso.
Il test per il colore può essere un test rapido e semplice che spesso riflette la quantità di materiale organico nell’acqua, sebbene alcuni componenti inorganici come ferro o manganese possano anche conferire colore.

Il colore dell’acqua può rivelare condizioni fisiche, chimiche e batteriologiche. Nell’acqua potabile, il verde può indicare la lisciviazione del rame dalle tubature in rame e può anche rappresentare la crescita delle alghe. Il blu può anche indicare il rame, o potrebbe essere causato dalla sifonizzazione di detergenti industriali nel serbatoio delle comode, comunemente noto come rotture. I rossi possono essere segni di ruggine da tubi di ferro o batteri trasportati dall’aria dai laghi, ecc. L’acqua nera può indicare la crescita di batteri che riducono lo zolfo all’interno di un serbatoio di acqua calda impostato a una temperatura troppo bassa. Questo di solito ha un forte odore di zolfo o di uova marce (H2S) ed è facilmente corretto scaricando lo scaldacqua e aumentando la temperatura a 49 ° C (120 ° F) o più. L’odore sarà sempre nei tubi dell’acqua calda se i batteri che riducono il solfato sono la causa e mai nel sistema idraulico dell’acqua fredda. Lo spettro dei colori con gli indicatori d’acqua [il chiarimento necessario] è ampio e, se appreso, può facilitare l’individuazione e la risoluzione di problemi cosmetici, batteriologici e chimici.

Qualità dell’acqua e colore
La presenza di colore nell’acqua non indica necessariamente che l’acqua non è potabile. Sostanze che causano il colore come i tannini possono essere innocue.

Il colore non viene rimosso dai tipici filtri dell’acqua; tuttavia, filtri a sabbia lenti possono rimuovere il colore e l’uso di coagulanti può anche riuscire a intrappolare i composti che provocano il colore all’interno del precipitato risultante.

Altri fattori possono influenzare il colore visto:

Le particelle e i soluti possono assorbire la luce, come nel tè o nel caffè. Le alghe verdi nei fiumi e nei torrenti conferiscono spesso un colore blu-verde. Il Mar Rosso ha occasionali fioriture di alghe rosse di Trichodesmium erythraeum.
Le particelle nell’acqua possono diffondere la luce. Il fiume Colorado è spesso rosso fango a causa del limo sospeso rossastro nell’acqua. Alcuni laghi di montagna e torrenti con roccia finemente macinata, come la farina glaciale, sono turchesi. La dispersione della luce da parte di sostanze sospese è necessaria affinché la luce blu prodotta dall’assorbimento dell’acqua possa tornare in superficie ed essere osservata. Tale dispersione può anche spostare lo spettro dei fotoni emergenti verso il verde, un colore spesso visto quando si osserva l’acqua carica di particelle sospese.
Nomi di colori

Marea rossa al largo della costa della California.
Varie culture dividono il campo semantico dei colori in modo diverso dall’uso della lingua inglese e alcuni non distinguono tra blu e verde allo stesso modo. Un esempio è il gallese dove glas può significare blu o verde.

Altri nomi di colore assegnati ai corpi idrici sono il verde marino e il blu oltremare. Colorazioni oceaniche insolite hanno dato origine ai termini di marea rossa e marea nera.

L’antico poeta greco Omero usa l’epiteto “vino-mare oscuro”; inoltre, descrive anche il mare come “grigio”. Alcuni hanno suggerito che ciò è dovuto agli antichi greci che classificano i colori principalmente per luminosità anziché per tonalità, mentre altri ritengono che Omero fosse daltonico.