水的颜色

水的颜色随着水存在的环境条件而变化。 尽管相对少量的水看起来是无色的,但纯水具有轻微的蓝色,随着观察样品的厚度增加,其变为更深的蓝色。 水的蓝色色调是内在属性,是由白光的选择性吸收和散射引起的。 溶解的元素或悬浮的杂质可能会使水具有不同的颜色。

内在的颜色
液态水的固有颜色可以通过一个白色光源通过一根长满纯净水的长管来证明,并且两端都用透明窗封闭。 浅绿松石蓝色是由可见光谱红色部分的弱吸收引起的。

可见光谱中的吸收通常归因于物质中电子能态的激发。 水是一种简单的三原子分子H 2 O ,它的所有电子吸收都发生在电磁波谱的紫外线区域,因此不会对光谱可见光区域的水的颜色负责。 水分子有三种基本的振动模式。 v 1 = 3650cm -1 和v 3 = 3755cm -1处发生水气态OH键的两个伸缩振动。这些振动引起的吸收发生在光谱的红外区域。 可见光谱中的吸收主要是由于谐波v 1 + 3v 3 = 14,318cm -1 ,这相当于698nm的波长。 在20℃的液态下,这些振动因氢键而发生红移,导致在740nm处的红色吸收,其他谐波例如v 1 + v 2 + 3v 3在660nm处产生红色吸收。 重水(D 2 O)的吸收曲线具有相似的形状,但是由于振动转变具有较低的能量,所以朝着光谱的红外线末端进一步移动。 由于这个原因,重水不吸收红光,因此大的(D 2 O)主体将缺少更常见的轻水 1 H 2 O)的特征蓝色

随着每个连续的泛音,吸收强度显着降低,导致第三泛音的吸收非常弱。 出于这个原因,管道需要有一米或更长的长度,必须通过微滤净化水以去除任何可能产生米氏散射的颗粒。

湖泊和海洋的颜色
湖泊和海洋呈现蓝色的原因有几个。 一个是水面反映了天空的颜色。 虽然这种反射有助于观察到的颜色,但它不是唯一的原因。

一些撞击海洋表面的光线被直接反射回来,但大部分光线会穿透水面与其分子相互作用。 当光线照射时,水分子可以以三种不同的模式振动。 红色,橙色,黄色和绿色波长的光被吸收,因此看到的剩余光线由较短波长的蓝色和紫色组成。 这是海洋颜色为蓝色的主要原因。

海水的一些成分可以影响海洋的蓝色。 这就是为什么它可以在不同领域看起来更绿或更蓝。 游泳池中的水(也可能含有各种化学物质),涂有白色的侧面和底部将显示为蓝绿色。

洁白的水在白色的瓷砖泳池以及没有蓝色天空反射的室内泳池中呈现蓝色。 游泳池越深,水越蓝。

悬浮颗粒散射也对湖泊和海洋的颜色起着重要作用。 几十米的水将吸收所有的光线,所以没有散射,所有的水体都会显得黑色。 由于大多数湖泊和海洋都含有悬浮的生物物质和矿物颗粒,称为有色溶解有机物质(CDOM),因此上方的光线会向上反射。 由于悬浮颗粒的散射通常会像白雪一样呈现白色,但由于光线首先通过几米长的蓝色液体,因此散射光呈蓝色。 在极其纯净的水中 – 正如在高山湖泊中发现的那样,由于白色颗粒的散射丢失 – 水分子本身的散射也导致蓝色。

发生的另一个现象是沿着视线的大气中的瑞利散射:地平线通常距离​​4-5公里,空气(就海洋而言正好在海平面以上)是最密集的。 这种机制会为任何远处的物体(不仅仅是海洋)添加蓝色色调,因为蓝色光会散射到人的视线中。

海洋和湖泊的表面常常反映出蓝色的天窗,使它们看起来更蓝。 反射的天窗和从深处散射回来的光的相对贡献强烈依赖于观测角度。

冰川的颜色
冰川是在非常寒冷的气候中形成的冰雪形成的大体积,通过压缩落雪的过程形成。 虽然多雪的冰川从远处看起来是白色的,但靠近并且当被直接的环境光屏蔽时,由于内部反射光的漫长路径长度,冰川通常呈现深蓝色。

由于存在大量气泡,并且由于少量的水看起来是无色的,所以相对少量的常规冰呈白色。 另一方面,在冰川中,压力导致积聚在积雪中的气泡被挤出,增加了生成的冰的密度。 由于大量的水看起来是蓝色的,因此大块压缩的冰块或冰川会呈蓝色。

水样的颜色
水中溶解的颗粒物质会导致变色。 以Hazen单位(HU)测量轻微变色。 杂质也可以被深度着色,例如被称为单宁的溶解有机化合物可以导致深褐色,或者漂浮在水中的藻类(颗粒)可以赋予绿色。

水样的颜色可以报告为:

表观颜色是整个水样的颜色,由溶解和悬浮成分的颜色组成。
过滤水样以除去所有悬浮物后测量真彩色。
虽然某些无机组分如铁或锰也可以赋予颜色,但颜色测试可以是一种快速且容易的测试,其经常反映水中有机材料的量。

水的颜色可以揭示物理,化学和细菌的条件。 在饮用水中,绿色可以指示来自铜管道的铜浸出,也可以代表藻类的生长。 蓝色也可以表示铜,或者可能是由工作清洗剂在马桶中产生的,通常称为回流。 红色可能是铁管生锈的迹象或湖泊中的空气细菌等。黑色水可能表明设置在温度过低的热水箱内的硫还原菌的生长。 这通常具有强烈的硫或臭鸡蛋(H2S)气味,可以通过排出热水器并将温度升高至49°C(120°F)或更高来轻易校正。 如果硫酸盐还原菌是原因,并且从不在冷水管道中,则气味将始终存在于热水管道中。 含水指标的色谱[需要澄清]范围很广,如果学会了,可以更容易地识别和解决美容,细菌和化学问题。

水质和颜色
水中的颜色不一定表明水不能饮用。 单宁等导致颜色的物质可能无害。

典型的水过滤器不会去除颜色; 然而,慢砂过滤器可以去除颜色,并且凝结剂的使用也可以成功地捕集产生的沉淀物中的引起颜色的化合物。

其他因素可能会影响看到的颜色:

颗粒和溶质可以吸收光线,如茶或咖啡。 河流和溪流中的绿藻经常呈蓝绿色。 红海偶尔会出现红色红色Trichodesmium erythraeum藻类。
水中的粒子可以散射光。 科罗拉多河由于水中悬浮的红色淤泥而经常是红色的。 一些高山湖泊和岩石细密的岩石,如冰川粉,是绿松石。 为了使由水吸收产生的蓝光能够返回到表面并被观察,需要通过悬浮物质进行光散射。 这种散射也可以将新出现的光子的光谱转向绿色,这种颜色是在观察到含有悬浮颗粒的水时经常出现的颜色。
颜色名称

加州海岸的红潮。
各种文化将颜色的语义领域与英语语言的用法区别开来,有些不以相同的方式区分蓝色和绿色。 威尔士就是一个例子,玻璃可以意味着蓝色或绿色。

分配给水体的其他颜色名称是海绿色和群青色。 不寻常的海洋色彩引起了红潮和黑潮。

古希腊诗人荷马用“葡萄酒 – 黑暗海洋”这个称呼; 此外,他还把海描述为“灰色”。 有人认为,这是由于古希腊人主要以光度而不是色调对颜色进行分类,而另一些人则认为荷马色盲。