大海和你家浴缸的水为什么看着都是蓝色的？

▉ 内容

深蓝色的海洋

前些日子，在知乎上有人提出过两个问题《为什么海水是蓝色的，谁来解释一下？》以及《为什么浴缸里面的水看着是浅蓝色的？》，药学速览邀请请到了里面高赞回答的原作者Phosphates，给大家深度科普一下。另外大家也可以去知乎关注一下他的专栏《

Why说科普》。其实原因很简单，也有点出乎意料之外——因为水的确是蓝色的！你没有看错，如果你家的浴缸足够深，你还能看到更深的蓝色——就比如说跟大海那样蓝。先贴一个水的UV-Vis图谱证明我的结论。

可见光区域内的紫外-可见吸收图谱。可见水在红光区域的吸收明显更高，所以水本来就应该呈现出蓝色。

大家一般都觉得，水明明是无色的啊！比如我用玻璃杯接了一杯水，看起来就是无色的。那只是因为一般生活中我们见到的水都太浅啦！所以蓝色不够明显。如果你有一个很深的游泳池，并且池内都是白色的瓷砖，那么当你灌上水之后，就能看到水是蓝色的。

为什么水是蓝色的呢？这是因为水会稍微吸收红色的光——这个吸收来自于水的分子振动。一般来说，分子振动在红外区域，不会在可见光区域吸收；但是如果多个分子振动模叠加在一起（overtone）就可以到可见光区域。比如气态水分子有三个振动模是 , , . 在液态水中 所对应的吸收在660 nm（这个数值比实际的加合-606 nm-要稍微红移，这是由于形成了分子间氢键的缘故），就是红光区域。其他的组合也会有不同的吸收波长，但是叠加的次数越多，发生的概率也会越低，因此蓝光区域的吸收远远低于红光区域的吸收。吸收了更多的红光之后，就会显现出来蓝色；而因为吸收率还是相对较低的（因为是好几个振动模叠加在一起），所以颜色很浅很浅。

overtone吸收会在可见光区域，而阶数越高，发生的概率越低。因此能量更高的蓝光区域的吸收概率远远低于红光区域，所以导致了第一张图所显示的UV-Vis图谱

另外，家中浴缸的水容量能够满足能看到颜色的深度吗？从我贴出的UV－Vis数据来看，在700nm以上的吸收系数是 左右，所以对应的衰减长度（attenuation length）大约为33 cm。所以只要水深达到33 cm以上，就能看到很浅的蓝色；630 nm左右的吸收系数为 左右，所对应的衰减长度为3.3米。那么如果要有更明显的蓝色，则深度需要有3米以上。

浴缸的水看起来也是蓝色的

大海是蓝色的到底是因为我所说的分子振动吸收，还是因为瑞利散射现象。我在此引用加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）对于海洋为什么是蓝色的科普页面。他们说：

The ocean is not blue because of scattering. Instead, the ocean is blue (as is pure water) because of selective absorption. Of the visible light, the longest visible wavelengths are absorbed most (red-orange, 600-700nm), then the medium-length visible wavelengths (yellow-green, 500-600nm) and last the short visible wavelengths (blue-violet, 400-500nm). This explains why very pure water, without many particles, appears deep blue.

我的简单翻译：海洋不是因为（瑞利）散射而呈现蓝色的；它呈现蓝色是因为其吸收光谱——这与水为何呈现蓝色是一样的原因。在可见光区域，长波长区域——红光和橙光——被吸收得最厉害，其次是中等波长的黄光和绿光，而短波长的蓝光和紫光则被吸收得最少。这也解释了为什么不含任何颗粒的非常纯净的水会表现出深蓝色。

天空蓝

另外，还有人认为海洋是反射的天空的蓝色所以呈蓝色的。一位海洋学教授的科普文中提到：

A common misconception is that the ocean is blue due to the reflections from the sky on its surface. This is not true, but was believed to be so decades ago. The real reason the ocean is blue is because water, pure water, is blue.

我的简单翻译：一个关于海洋为何是蓝色的常见的误解是认为，大海表面反射了天空的蓝。数十年前大家都这么认为，但是我们今天知道这是不对的。真实原因是：大海是蓝色的，因为纯水是蓝色的。

所以UCSB和这位海洋学教授与我的解释是一样的——也就是说，大海是蓝色的，主要是因为本文中提到的分子振动overtone导致的可见光区域的吸收。

Blue Spring是目前自然界最纯净的溪水，呈现的就是蓝色

▉ 总结

纯净的水本身就是蓝色的，平时你见到的水只不过因为量太少了蓝色太浅了看不出来。而你家的浴缸相对深一些，就可以看出浅蓝色了。如果能够有更大量的水，比如说大海，就能看到更深的蓝色（当然需要海水比较纯净）。需找文献支持，可点击下方阅读原文。

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