Почему вода в море кажется синей, если на самом деле она прозрачная: причины и факторы разных оттенков морской H2O

Действительно ли H2O синяя?

Когда человек смотрит на воду, она кажется темно-синей. На самом деле это не так. Он прозрачен, не имеет собственного цвета, но может иметь зеленый, желтый или синий оттенок в зависимости от находящихся в нем микроорганизмов.

Есть океаны, которые имеют разный цвет даже визуально. Они могут быть:

• серый,
• зеленый,
• желтый.

На это влияют временные и постоянные факторы.

Причины такого оттенка

На восприятие любого цвета влияет прохождение солнечного света. У них разные длины волн и спектр. Выделять:

• красный,
• желтый,
• синий,
• зеленый цвет, видимый человеческому зрению.

При их смешивании между собой образуются другие оттенки, видимые человеческому глазу.

Синий цвет имеет самую короткую длину волны. Поэтому он висит в поверхностных слоях воды, а в толще исчезает.

Другие волны проникают гораздо глубже и поэтому невидимы для человеческого зрения. Это первая причина, объясняющая данное явление.

Выявлены экологические факторы, влияющие на оттенок океанской H2O. Они действуют постоянно. Поэтому не всегда можно понять, какой именно цвет видит человек. Оттенок может даже меняться ежедневно.

Физические

Погода и облака над морем постоянно меняются. В этом случае оно проявляется как зеркало, отражающее окружающее состояние неба и природы.

Например, если пасмурно, появляются облака, вода кажется темно-синей или черной. Когда он яркий и ясный, он синий.

Многие отдыхающие у озера замечают, что оно может меняться от светло-лазурно-голубого до черного. В то же время появляются облака и ураганы.

Химические

Решающим фактором является микроэлементный состав. В морях и озерах содержится большое количество различных веществ. Если они накапливаются, оттенок меняется.

Примером может служить Желтое море. Цвет обусловлен наличием огромного количества песка и других отложений. Это образует желтый цвет.

Черное море содержит большое количество сероводорода. Поэтому оттенок переходит от темно-синего к черному.

Отходы часто выбрасывают в море. Например, нефтепереработка. Затем он становится черным с перламутровым отливом. Оттенки желтого и зеленого указывают на сильное загрязнение отходов.

Биологические
В воде постоянно размножаются живые организмы в виде водорослей и планктона. Когда они накапливаются в большом количестве, они приводят к изменению оттенка с синего на зеленый.

При изменении температуры живые организмы уменьшаются в численности и погибают. Поэтому цвет воды меняется.

Наиболее благоприятным фактором для распространения микроорганизмов и роста растений является повышение температуры воды и воздуха. Поэтому летом оттенок становится зеленоватым, а зимой – темно-синим.

Световые лучи в океане

Морская вода соленая и не имеет способности светиться. Так выглядит все, что видно под поверхностью, в отраженных лучах солнца. Интересно, почему реки и океаны голубые, ведь дневной свет не синий? На поверхности спектр солнечного света почти такой же, как и над водой.

Максимальная доля излучения приходится на желто-зеленую часть видимого спектра. Цвет моря зависит от того, какая часть спектра отражается, а какая поглощается. Этот сложный механизм подробно описал геофизик В. Шулейкин в начале ХХ века.

Молекулы, из которых состоит океан, вибрируют и вращаются с разной скоростью, что влияет на отражательную способность и поглощение. Они легко поглощают красные лучи и отражают синие. По этой причине наблюдатели над океаном видят его голубоватым или фиолетовым.

Красные лучи поглощаются на первых метрах глубины, зеленые – ближе к 100, а синие – только на второй-третьей сотне.

Естественные водоемы

Теоретически цвет воды синий, в природе чистые и одинаковые цвета встречаются редко. Почему вода в море голубая? Вдали от побережья океаны и моря глубоки и кажутся наблюдателю черно-синими или фиолетовыми. Ближе к берегу вода становится светлее: голубоватой, зеленоватой, морской и т д.

Почему возникает эта разница? На интенсивность цвета и оттенок влияет не только толщина слоя воды, но и наличие взвешенных частиц. За пределами побережья в пелагическом слое много водорослей и биологических остатков. Некоторые из них попадают в море с суши. Фитопланктон зеленый, потому что содержит хлорофилл. Он отражает зеленую часть спектра и поглощает красный и синий. Наличие водорослей определяет зеленоватый характер прибрежных вод.

Цвет моря и сила ветра

Море и небо дарят нам множество красок, которые вдохновляли многих художников. Аркадий Рылов воссоздал эти цвета на картине, выставленной в Третьяковской галерее в Москве. По небу во всех оттенках синего витают белые хмурые облака. Морская поверхность более темная, дно волн почти черное, а вершины местами образуют белые «барашки».

Количество «шапок» и высота волн зависит от скорости ветра. Эта информация важна для моряков: для определения скорости ветра они используют эмпирическую таблицу, разработанную британским адмиралом сэром Фрэнсисом Бофортом (1774–1857). На картине Рылова наличие небольшого количества «барашек» указывает на ветер 12–19 км/ч, то есть 7–10 узлов. Этот ветер считается слабым и соответствует силе 3 по шкале Бофорта.

Яркость морской поверхности зависит от угла обзора. Фактически луч света, падающий на поверхность океана, одновременно частично преломляется и частично отражается. Интенсивность отраженного луча зависит, в частности, от показателя преломления воды и угла падения. Чем острее угол, тем сильнее отражение. Поэтому морская поверхность вблизи горизонта кажется ярче, чем вблизи наблюдателя.

А что насчет цвета? Цвет поверхности практически непредсказуем, так как зависит от многих факторов, таких как глубина моря, положение солнца, цвет неба, наличие взвешенных частиц и водорослей и т д. Факторы, влияющие на отражение света от поверхности, рассеяние и поглощение в воде. И все же море в основном голубое.

причина в том, что вода поглощает меньше света в диапазоне от 400 до 500 нм (синий), чем в остальной части видимого спектра. Да, вода впитывает немного синевы! Стакан воды выглядит совершенно прозрачным. Но с толщины нескольких метров вода начинает заметно поглощать свет.

Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Цвет неба в хорошую погоду

Хотя предсказать цвет моря непросто, цвет неба в ясную погоду легко объяснить физическими принципами, выявленными английским физиком лордом Рэлеем (1842–1919). При отсутствии облаков цвет неба определяется взаимодействием солнечной радиации с компонентами земной атмосферы, а именно неоднородностями (колебаниями) плотности молекул азота и кислорода.

Как эти молекулы ведут себя под воздействием солнечной радиации? Рассмотрим монохроматический свет с заданной длиной волны λ. Он представляет собой магнитные и электрические поля, которые колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, с частотой υ.

Под действием осциллирующего электрического поля электроны в молекулах также колеблются с частотой υ. В результате сама молекула становится небольшим излучателем, излучающим свет той же частоты, что и падающая волна. Это похоже на то, как телевизионная или радиоантенна излучает электромагнитные радиоволны. В случае молекул и солнечного света длина волны оказывается намного больше размера молекул, и такое рассеяние называется «рэлеевским рассеянием».

Расчеты показывают, что интенсивность рассеянного света оказывается пропорциональна четвертой степени частоты υ4 (или 1/λ4). Это утверждение называется законом Рэлея-Джинса.

Как все это связано с цветом неба? Согласно закону Рэлея, распространение электромагнитных волн гораздо интенсивнее на высоких частотах, чем на низких. Это означает, что молекулы атмосферы рассеивают синий свет сильнее, чем красный, зеленый или желтый.

Лучи синего света в основном достигают наших глаз.

Вот почему небо голубое! Следуя этим рассуждениям, можно было бы предположить, что небо должно быть фиолетовым, поскольку фиолетовое излучение имеет более высокую частоту, чем синее излучение. На самом деле в спектре солнечного излучения доля фиолетового меньше, чем синего. Кроме того, максимальная чувствительность человеческого глаза находится в зеленом диапазоне (555 нм). В результате фиолетовая часть спектра солнечного излучения подавляется в восприятии человеческого глаза, и небо кажется голубым.

Глубина и цвет

У глубоководных морей и песчаных пустынь много общего – живности в них очень мало. Спутниковые снимки ясно показывают, какие океаны богаты живыми организмами, а какие нет.

Почему море синее, а не, например, зеленое? Потому что в центре эти резервуары глубокие. Вдоль побережья цвет воды более зеленый, поэтому здесь большое количество морских обитателей. В голубых глубинах биоразнообразие беднее, как в жарких пустынных пространствах.

Чтобы ответить на вопрос, почему океан синий, рассмотрим изменение цвета погруженного в него объекта. Желтая подводная лодка у поверхности предстанет перед нами такой, какая она есть на самом деле.

Чем глубже он уходит, тем труднее солнечным лучам добраться до него. С каждым метром количество света, достигающего поверхности, уменьшается, что связано с отражательной способностью как самой воды, так и находящихся в ней частиц живой и неживой природы.

На глубине тридцати метров подводная лодка уже покажется наблюдателю сине-зеленой. Это связано с тем, что большая часть желто-красного спектра поглощается водой. Когда она будет еще на несколько десятков метров ниже, молекулы воды поглотят зеленый спектр. В результате желтая подводная лодка приобретет темно-синий оттенок.

Океан содержит гораздо больше взвешенных частиц, чем чистая вода. На одной и той же глубине в первом случае будет гораздо темнее, чем во втором.

Читайте также: Скорость плавания белой акулы: как быстро двигается охотник океана