水的颜色

水的颜色随着水所处的环境条件而变化。虽然相对少量的水看起来是无色的，但纯水有轻微的绿松石色，随着观察样本的厚度增加而变得更深。水的色调是一种固有的属性，是由白光的选择性吸收和散射造成的。溶解的元素或悬浮的杂质可能给水带来不同的颜色。

液态水的固有色可以通过通过一根长管子观察白光源来证明，这根长管子装满了纯净水，两端用透明窗封闭。淡淡的绿松石蓝色是由可见光谱中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量状态的激发。水是一个简单的三原子分子，即H2O，它的所有电子吸收都发生在电磁波谱的紫外线区域，因此不负责水在光谱的可见区域的颜色。水分子有三种基本的振动模式。在水的气态下，O-H键的两个拉伸振动发生在v1 = 3650 cm-1和v3 = 3755 cm-1。由于这些振动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v1 + 3v3 = 14,318 cm-1，相当于698 nm的波长。在20°C的液态下，由于氢键的作用，这些振动被红移，导致740纳米的红色吸收，其他谐波如v1 + v2 + 3v3在660纳米产生红色吸收。重水（D2O）的吸收曲线具有类似的形状，但却进一步向光谱的红外端移动，因为振动转换的能量较低。由于这个原因，重水不吸收红光，因此大量的D2O将缺乏更常见的轻水（1H2O）的特征蓝色。

吸收强度随着每个连续的泛音而明显下降，导致第三个泛音的吸收非常弱。由于这个原因，管道需要有一米或更多的长度，而且水必须通过微滤净化，以去除任何可能产生米氏散射的颗粒。

湖泊和海洋呈现蓝色有几个原因。一个是水的表面反映了天空的颜色。这是一个常见的误解，认为这种反射是水体呈现蓝色的xxx原因，尽管它可以起到作用。侧面和底部涂有白漆的游泳池中的水会呈现出绿松石般的蓝色，即使是在没有蓝天反射的室内游泳池。游泳池越深，水就越蓝。

一些打到海洋表面的光线被反射，但大部分光线会穿透水面，与水分子和水中的其他物质相互作用。水分子与光相互作用时，可以以三种不同的模式进行振动。红色、橙色、黄色，有时还有绿色波长的光被吸收，所以看到的剩余光线是由较短波长的蓝色和紫罗兰组成的。这就是海洋的颜色为蓝色的主要原因。反射的天光和从深处散射回来的光的相对贡献，在很大程度上取决于观察角度。

悬浮颗粒的散射在湖泊和海洋的颜色中也起着重要作用，使水在不同地区看起来更绿或更蓝。几十米的水会吸收所有的光线，所以如果没有散射，所有的水体都会呈现黑色。因为大多数湖泊和海洋都含有悬浮的生物物质和矿物颗粒，来自上方的光线会被散射，其中一些会向上反射。悬浮颗粒的散射通常会呈现出白色，就像雪一样，但由于光线首先穿过许多米的蓝色液体，散射的光线呈现出蓝色。在极其纯净的水中--如在山区湖泊中发现的那样，来自颗粒的散射非常低--水分子本身的散射也会带来蓝色。

由于大气层中的瑞利散射，沿着一个人的视线扩散的天空辐射会给远处的物体带来蓝色的色调。这在远处的山峰上最常被注意到，但也造成了远处海洋的蓝色。

冰川是在寒冷气候下由落雪压实的过程形成的大型冰雪体。虽然下雪的冰川从远处看是白色的，但在近处和遮挡住直接的环境光时，由于内部反射光的路径长度较长，冰川通常显示为深蓝色。

相对来说，少量的普通冰看起来是白色的，因为有大量的气泡存在，而且所有的冰都是白色的。