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要理解海水为什么是蓝色的，我们首先需要了解光和颜色的基础知识。白光实际上包含了所有颜色的光，就像彩虹一样。当白光通过三棱镜时，会分解成不同颜色的光谱。不同颜色的光具有不同的波长，蓝光的波长较短，约为450到495纳米，而红光的波长较长，约为620到750纳米。波长越短的光，能量越高，这个特性对理解海水颜色非常重要。
光的散射是理解海水颜色的关键机制。当光线遇到比其波长更小的粒子时，就会发生瑞利散射。散射的强度与波长的四次方成反比，这意味着波长越短的光，散射越强烈。由于蓝光的波长比红光短得多，所以蓝光的散射强度远大于红光。这就是为什么天空是蓝色的，也是海水呈现蓝色的重要原因之一。
水分子的光学性质是决定海水颜色的关键因素。水分子的大小远远小于可见光的波长，完全符合瑞利散射的条件。更重要的是，水对不同波长的光具有选择性吸收特性。从吸收光谱可以看出，水对红光、橙光和黄光的吸收比对蓝光的吸收要强得多。这意味着当阳光进入水中时，红光很快被吸收，而蓝光能够更深入地穿透水体，这是海水呈现蓝色的重要原因。
海水中的散射机制比纯水更加复杂。除了水分子本身，海水中还含有大量的浮游生物、悬浮颗粒等散射体。当阳光进入海水后，会发生多重散射效应。在表层，光线遇到最多的散射体，发生强烈散射。随着深度增加，光线在中层继续散射，到了深层则大部分光线已经被衰减。由于蓝光的散射能力最强，它在各个深度层都能有效散射，最终形成我们看到的蓝色海水。
海水的颜色会随着深度发生明显变化。在浅海区域，海水呈现较浅的蓝色，而在深海区域则呈现深邃的蓝色。这是因为不同颜色的光在海水中的穿透能力不同。红光在海水中很快就被吸收，通常只能穿透10到20米深。而蓝光的穿透能力最强，可以到达200米甚至更深的地方。随着深度增加，红光、橙光、黄光逐渐被吸收殆尽，只有蓝光能够继续传播，这就是为什么深海看起来更蓝的原因。