Цвет воды зависит от условий окружающей среды, в которых эта вода присутствует. В то время как относительно небольшое количество воды кажется бесцветным, чистая вода имеет небольшой синий цвет, который становится более синим, так как толщина наблюдаемого образца увеличивается. Синий оттенок воды является неотъемлемым свойством и обусловлен селективным поглощением и рассеянием белого света. Растворенные элементы или взвешенные примеси могут придать воде другой цвет.

Внутренний цвет
Внутренний цвет жидкой воды можно продемонстрировать, посмотрев на источник белого света через длинную трубу, заполненную очищенной водой и закрытую с обоих концов прозрачным окном. Светло-бирюзовый синий цвет вызван слабым поглощением в красной части видимого спектра.

Поглощения в видимом спектре обычно приписываются возбуждениям электронных энергетических состояний в веществе. Вода представляет собой простую трехатомную молекулу H ₂ O , и все ее электронные поглощения происходят в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра и поэтому не отвечают за цвет воды в видимой области спектра.Молекула воды имеет три основных режима вибрации. Две растягивающие колебания ОН-связей в газообразном состоянии воды происходят при v ₁ = 3650 см ^-1 и v ₃ = 3755 см ^-1 .Поглощение из-за этих колебаний происходит в инфракрасной области спектра. Поглощение в видимом спектре обусловлено главным образом гармоникой v ₁ + 3v ₃ = 14 318 см ^-1 , что эквивалентно длине волны 698 нм. В жидком состоянии при 20 ° C эти колебания смещаются по краю из-за водородной связи, что приводит к красному поглощению при 740 нм, другие гармоники, такие как v ₁ + v ₂ + 3v _{3, что} дает красное поглощение при 660 нм. Кривая поглощения тяжелой воды (D ₂ O) имеет одинаковую форму, но смещается дальше к инфракрасному концу спектра, поскольку колебательные переходы имеют более низкую энергию. По этой причине тяжелая вода не поглощает красный свет, и поэтому большие тела(D ₂ O) не будут иметь характерный синий цвет более часто встречающейся легкой воды ( ¹ H₂ O).

Интенсивность абсорбции заметно уменьшается при каждом последующем обертоне, что приводит к очень слабой абсорбции для третьего обертона. По этой причине труба должна иметь длину метра или больше, а вода должна быть очищена путем микрофильтрации для удаления любых частиц, которые могут вызвать рассеяние Ми.

Цвет озер и океанов
Озера и океаны выглядят голубыми по нескольким причинам. Во-первых, поверхность воды отражает цвет неба. Хотя это отражение способствует наблюдаемому цвету, это не единственная причина.

Часть света, попадающего на поверхность океана, отражается обратно прямо, но большая часть ее проникает в поверхность воды, взаимодействуя с ее молекулами. Молекула воды может вибрировать в трех разных режимах, когда свет попадает на нее. Красная, оранжевая, желтая и зеленая длины волн света поглощаются так, что оставшийся свет состоит из более коротких волновых синей и фиалок. Это главная причина, по которой цвет океана синий.

Некоторые составляющие морской воды могут влиять на оттенок синего океана. Вот почему он может выглядеть более зелёным или синеватым в разных областях. Вода в плавательных бассейнах (которые могут также содержать различные химикаты) с белыми покрашенными сторонами и дном будет выглядеть как бирюзовый синий.

Чистая вода кажется синей в бассейнах с белой черепицей, а также в закрытых бассейнах, где нет голубого неба. Чем глубже бассейн, тем светлее вода.

Рассеяние от взвешенных частиц также играет важную роль в окраске озер и океанов. Несколько десятков метров воды поглотят весь свет, поэтому без рассеивания все тела воды будут черными. Поскольку большинство озер и океанов содержат взвешенное живое вещество и минеральные частицы, известные как цветные растворенные органические вещества (CDOM), свет сверху отражается вверх. Рассеяние из взвешенных частиц обычно дает белый цвет, как и снег, но поскольку свет сначала проходит через много метров голубого цвета, рассеянный свет становится синим. В чрезвычайно чистой воде — как в горных озерах, где отсутствует рассеяние от белых частиц — рассеяние от самих молекул воды также вносит синий цвет.

Другое явление, которое возникает, — это рэлеевское рассеяние в атмосфере вдоль своей прямой видимости: горизонт, как правило, находится на расстоянии 4-5 км, а воздух (будучи чуть выше уровня моря в случае океана) является самым плотным. Этот механизм добавит синий оттенок к любому отдаленному объекту (а не только к морю), потому что синий свет будет рассеян в луче зрения.

Поверхности морей и озер часто отражают синий просвет, что делает их более синими. Относительный вклад отраженного просвета и света, рассеянного назад от глубин, сильно зависит от угла наблюдения.

Цвет ледников
Ледники — это крупные тела льда и снега, образовавшиеся в очень холодном климате процессами, связанными с уплотнением выпавшего снега. В то время как снежные ледники кажутся белыми на расстоянии, близкими, и когда они защищены от прямого окружающего света, ледники обычно выглядят синими из-за длинной длины внутреннего отраженного света.

Относительно небольшое количество обычного льда кажется белым, потому что присутствует большое количество пузырьков воздуха, а также потому, что небольшое количество воды кажется бесцветным. С другой стороны, в ледниках давление заставляет пузырьки воздуха, захваченные накопленным снегом, сжиматься, увеличивая плотность созданного льда. Поскольку большое количество воды кажется синим, поэтому большая часть сжатого льда или ледника будет казаться синим.

Цвет образцов воды
Растворенный и дисперсный материал в воде может вызвать обесцвечивание. Небольшое обесцвечивание измеряется в единицах Hazen (HU). Примеси также могут быть глубоко окрашены, например, растворенные органические соединения, называемые танинами, могут привести к темно-коричневым цветам, или водоросли, плавающие в воде (частицах), могут придать зеленый цвет.

Цвет образца воды можно указать как:

Видимый цвет — это цвет всего образца воды и состоит из цвета как растворенных, так и взвешенных компонентов.
Истинный цвет измеряется после фильтрации пробы воды для удаления всех взвешенных материалов.
Тестирование на цвет может быть быстрым и легким тестом, который часто отражает количество органического материала в воде, хотя некоторые неорганические компоненты, такие как железо или марганец, также могут придать цвет.

Цвет воды может выявить физические, химические и бактериологические условия. В питьевой воде зеленый цвет может указывать на выщелачивание меди из медной сантехники и может также представлять рост водорослей. Синий также может указывать на медь или может быть вызван сифонированием промышленных очистителей в резервуаре кодов, обычно называемом обратным. Красные могут быть признаками ржавчины из железных труб или бортовых бактерий из озер и т. Д. Черная вода может указывать на рост серосодержащих бактерий в резервуаре с горячей водой до слишком низкой температуры. Обычно он имеет сильный запах серы или гниения (H2S) и легко корректируется путем слива водонагревателя и повышения температуры до 49 ° C (120 ° F) или выше. Запах всегда будет в трубах с горячей водой, если сульфат-восстановительные бактерии являются причиной и никогда не будут использоваться в водопроводе для холодной воды. Цветовой спектр с индикаторами воды (необходим пояснение) является широким и, если он узнан, может облегчить выявление и решение косметических, бактериологических и химических проблем.

Качество и цвет воды
Наличие цвета в воде не обязательно указывает на то, что вода не пригодна для питья. Цветные вещества, такие как танины, могут быть безвредными.

Цвет не удаляется обычными фильтрами для воды; однако медленные песочные фильтры могут удалить цвет, и использование коагулянтов может также преуспеть в улавливании вызывающих окраску соединений в результате осаждения.

Другие факторы могут повлиять на цвет:

Частицы и растворенные вещества могут поглощать свет, как в чае или кофе. Зеленые водоросли в реках и ручьях часто придают сине-зеленый цвет. Красное море имеет редкие цветы красных водорослей эритромийного триходеума.
Частицы в воде могут рассеивать свет. Река Колорадо часто бывает грязно-красной из-за подвешенного красноватого ила в воде. Некоторые горные озера и ручьи с мелко измельченной породой, такие как ледниковая мука, являются бирюзовыми. Для рассеяния света на взвешенном материале требуется, чтобы синий свет, создаваемый поглощением воды, мог вернуться на поверхность и наблюдаться. Такое рассеяние также может смещать спектр возникающих фотонов в сторону зеленого цвета, часто наблюдаемый при наблюдении воды, нагруженной взвешенными частицами.
Названия цветов

Красная волна у берегов Калифорнии.
Различные культуры делят семантическое поле цветов по-разному от использования английского языка, а некоторые не различают синий и зеленый одинаково. Примером является валлийский, где glas может означать синий или зеленый.

Другие названия цветов, присвоенные водоемам, являются зелеными и ультрамариновыми. Необычные океанические окраски привели к появлению красных приливов и черных приливов.

Древнегреческий поэт Гомер использует эпитет «вино-темное море»; кроме того, он также описывает море как «серое». Некоторые предположили, что это происходит из-за того, что древние греки классифицируют цвета, прежде всего, светимостью, а не оттенком, в то время как другие считают, что Гомер был слепым.