杯中水無色,為什麼海水是藍色?背後的科學原理

2020-12-10 句理pro

佔地球表面積71%的海洋,吸收了大氣中90%以上的熱量,因此海洋與全球氣候同呼吸共命運,氣候的每一個微小變化都能在海洋中放大。

簡而言之,海洋之所以是藍色的,是因為水吸收光線的方式,水中粒子散射光線的方式,還因為天空中的一些藍光被反射。

光是如何工作的

首先,我們需要知道一些關於光的本質的事實。

我們看到的光,稱之為白光,是由被稱為光子的極其微小的粒子組成的,光子甚至比原子還小。你看不見它們,但它們就在你前後左右,無論白天夜晚。

這些粒子非常奇怪,因為當我們對它們進行測量的時候,它們有時像一個小球一樣運動,有時又像一個波。

白光是由不同波長的光子組成的,紅橙黃綠青藍紫,從700nm到400nm不等。由於紫光的波長太短,大多數人僅憑肉眼很難觀察到,因此我們能看到的波長最短的光是藍色的。

白光是由具有許多不同波長的光構成

光子從太陽發出,與地球上的所有物質相互作用。根據光子接觸的物體,一些光子會被吸收,有些會被反彈。當光子反彈回來時,我們稱之為「散射」。

被散射的光子賦予了物體顏色。例如,樹葉是綠色的,因為綠色的光子被反射,進入我們的眼睛,其他顏色的光子則被樹葉吸收。

一杯水是什麼顏色的?

實驗表明純水(不含其他物質的水)吸收的紅光比藍光多。但是有多少紅光會被吸收呢?這取決於水的多少。

一小瓶或一杯純淨水是清澈透明的,因為它只能吸收一點點紅光。

現在想像一下,一個杯子可以盛下整個海洋的水。有了這麼多水,紅光被吸收,所以看起來會很藍。

但是當談到光如何與海洋相互作用時,這個問題就有了更多的內容。

首先,海水並不純淨。海水中富含多種元素,比如鈉鎂氯溴碘。海水中的這些粒子也會反射一些光,綜合來看,從海洋返回的光通常是藍綠色的。

我們知道天空是藍色的,天空確實在我們的眼睛感知海洋的顏色方面發揮了作用。但這不是唯一的因素。

最後,我們需要考慮時間和太陽在天空中的位置。當陽光明媚的時候,大海看起來比深夜更藍,那時大海看起來很暗,幾乎是黑色的。

像科學中的許多問題一樣,答案並不像簡單的是或否那麼簡單。許多問題通常有許多正確但不完整的答案,這就是科學如此有趣的原因。

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