有没有想过为什么有些湖水是亮蓝色的，而有些湖水是绿色或棕色的？答案在于光与微小粒子、藻类和有机物相互作用的方式。这些自然线索帮助科学家追踪污染并保护水生生态系统。

为什么不同地方的水颜色不同？

当你想到水的时候，你会想到什么？清凉的饮料？深蓝色的海洋一直延伸到地平线？清澈的湖水映着群山？或者是一个看起来又黑又浑的小池塘？

其中一些水可能看起来比其他的更吸引人，尤其是当它们看起来干净清澈的时候。你甚至没有意识到，你正在使用科学，特别是物理，生物和化学，来决定你是否想要在它们中游泳。

揭开水的隐藏故事

水的颜色可以告诉我们很多关于水里有什么。作为专门研究水资源的工程师，他们会用颜色来帮助了解湖泊、河流和海滩的污染程度。通过分析水的外观，科学家可以确定它是否适合游泳、钓鱼或其他活动。

饮用水通常看起来是清澈的，但池塘、河流和海洋都充满了漂浮的颗粒。它们可能是泥土、岩石、植物材料或其他物质的微小碎片。

这些微粒经常在暴风雨期间被带入水中。任何落在地面上而没有进入土壤的降雨都变成了径流，流向山下，直到到达一个开放的水体，沿途带走了松散的物质。

水中的粒子与照射在水面上的太阳辐射相互作用。粒子要么吸收这种辐射，要么以不同的方向反射 —— 这个过程被称为散射。我们用眼睛看到的是从水面散射回来的辐射的一部分。它强烈地影响着我们对水的看法，包括水的颜色。

透过颜色看：水的清晰度和质量

根据水样中粒子的特性，它们会吸收和散射不同波长的辐射。光的波长决定了我们用眼睛看到的颜色。

含有大量沉积物的水域 —— 比如绰号为“大泥泞”的密苏里河 —— 会在黄到红的范围内反向散射光线。这使得水看起来是橙色和泥泞的。

更干净、更纯净的水会对蓝色范围内的光进行反向散射，使其看起来是蓝色的。一个著名的例子是俄勒冈州的火山口湖，它位于火山口中，由雨雪滋养，没有任何溪流将沉积物带入其中。

像火山口湖这样的深水看起来是深蓝色的，但是非常清澈的浅水，比如许多加勒比海岛屿周围的浅水，可能会呈现出浅蓝色或绿松石色。这是因为光线从白色的沙质底部反射。

当水中含有大量植物物质时，叶绿素 —— 植物在叶子中产生的一种色素 —— 会吸收蓝光，并反向散射绿光。这种情况经常发生在从高度发达地区吸收大量径流的水体中，比如佛罗里达州的奥基乔比湖。径流中含有来自农场和草坪的肥料，这些肥料是由促使植物在水中生长的营养物质组成的。

最后，一些水中含有大量称为色溶解有机物的物质 —— 通常来自分解的生物体和植物，以及人类或动物的粪便。这种情况可能发生在有大量动物的森林地区，也可能发生在将废水排入溪流和河流的人口稠密的地区。这种材料主要吸收辐射，并且在整个光谱中反向散射很少的光，因此它使水看起来非常暗。

监测及管理水质

科学家们期望自然界中的水含有沉积物、叶绿素和有机物。这些物质有助于维持水中所有的生物，从微小的微生物到我们吃的鱼。但好事太多也会成为问题。

例如，当水含有大量的营养物质并在阳光明媚的日子里升温时，水中的植物生长就会失去控制。有时它会导致有害的藻类大量繁殖，如果人们在水中游泳或食用来自该水域的鱼，有毒藻类会使人生病。

当水体污染严重到威胁到鱼类、植物或饮用这些水的人类时，环保法律要求政府进行清理。水的颜色可以帮助指导这些努力。

工程学教授考特尼·迪·维托里奥和她的学生从北卡罗来纳州的高岩湖收集水样，以评估其水质。

利用科技促进水安全

维托里奥和她的学生在北卡罗莱纳中部的高岩湖（High Rock Lake）收集水样，这里是游泳、划船和钓鱼的好去处。由于叶绿素含量高，那里的藻华发生得更频繁。居民和游客担心这些花会变得有害。

利用湖泊的卫星照片和科学家的采样数据，我们可以制作水质地图。政府官员使用这些地图来追踪叶绿素水平，并观察它们在空间和时间上的变化。这些信息可以帮助他们在出现藻华时警告公众，并制定新的规则使水更清洁。

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