海水為什麼是藍色的？
― 和天空的藍完全是兩回事
晴朗的日子裡，海面閃耀著藍色。你是不是也以為「那只是天空的藍映在水面上」？其實已經有實驗確認，即使是陰天，海看起來依然帶著藍色，而水本身也帶有淡淡的藍綠色。海的藍，和天空的藍，是完全不同的機制所形成的。
假設在一個大大的白色浴缸裡裝滿水。水量少的時候，看起來幾乎是無色透明的；但當深度和水量多到像游泳池那樣，水本身就會隱約帶著藍綠色。
既沒有映照天空，也沒有溶進任何東西，只是水聚集得夠多，就看得出顏色了。
一般認為，水分子有這樣的性質：會稍微吸收紅光（波長較長的光），對藍光（波長較短的光）則吸收得很少。
一般認為，光在水中前進得越遠，紅光會先被吸收而消失，倖存下來的藍光被散射後才進入我們的眼睛。
接下來，我們依序來看「水本身的吸收」和「隨深度變化的顏色」。
水本身會稍微吸收紅光
水分子吸收光的量，會因顏色（波長）而有些微差異。一般認為，水對紅色、橙色這類波長較長的光，吸收得比藍色這類波長較短的光稍微多一點。只有一杯水的量時，這個差異非常小，根本察覺不到。然而，當水量（光所經過的距離）大到像游泳池或海洋那樣，這一點點差異就會層層累積，形成明顯的顏色差別。
越往深處，紅光消失，只剩下藍光
陽光裡混合了從紅到紫的各種顏色（波長）的光。當這些光照進水裡，波長最長的紅光會先被吸收，在數公尺深的地方就幾乎消失殆盡。橙色、黃色的波長依序變短，也就能傳得更深一點。只有波長最短的藍光，能傳到相對較深的地方，撞上水分子或水中極小的顆粒後散射開來，其中一部分回到水面。我們眼睛看到的，就是這「最後倖存下來的藍光」。
如果海的藍只是映照天空，那麼陰天時海應該會呈現灰色。但實際上，即使是陰天，海仍然隱約保有藍色。另外，就算是像游泳池這種天空倒影很少的地方，水也會帶著藍綠色。一般認為，這些都是線索，說明海的藍來自水本身的性質。
而是因為水這種物質本身，會挑選紅光把它吞掉。
為什麼不同地方的顏色不一樣？
外海清澈的海水呈深藍色，沿岸的海卻常常看起來偏綠或帶點褐色。一般認為，這是因為水中含有的浮游植物（帶有葉綠素這種綠色色素），以及河川帶來的砂粒和泥土顆粒，會獨立於水本身，影響光的吸收與散射。浮游生物多的海域偏綠，混濁的沿岸則偏褐。
可以自己動手確認的事
- 在大的白色容器（水桶或浴缸）裡，盡量裝滿深一點的水
- 在底部放一張白紙或白磁磚，從正上方隔著水往下看
- 比較淺的部分和深的部分，顏色有沒有差別
- 如果有機會，也可以觀察游泳池或海邊淺處與深處的顏色差異
水越深，光通過的距離越長，你可以感受到紅光被吸收的比例越來越高。
總結
海水是藍色的，並不是因為映照了天空的顏色，而是因為水這種物質本身，具有稍微吸收紅光、很少吸收藍光的性質。光在水中前進得越深，紅光就依序被吸收而消失，最後倖存的藍光被散射，進入我們的眼睛。同樣是「藍」，卻和天空的藍出自完全不同的機制。
天空的藍，是光「被打散」的結果。
海的藍，是光「被挑選後倖存」的結果。
光的顏色依波長被分開的現象，在雨後的彩虹文章中也有說明。想了解天空為什麼是藍色，請看這篇文章。如果你比較好奇的不是海的顏色而是味道，也推薦海水為什麼是鹹的？。
至於小生物在那片海水中游動時是什麼感覺，可以看對水蚤來說，水為什麼像「蜂蜜」一樣黏？。
想知道更多的人 ― 用語、數值與課本的連結從國中理化到研究中的話題，明確標示每個內容屬於哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「物理基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中課本中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業科目（海洋物理學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教、目前研究者仍在探究的話題
國中用語：與海的顏色有關的詞彙
- 吸收：光的能量被物質吸進去，使該顏色的光變弱。
- 散射：光撞上粒子或分子後，朝各個方向重新前進。
- 波長：決定光的顏色、波動重複一次的長度。紅光長，藍光短。
高中用算式確認：在 10 公尺深處，紅光和藍光剩下的量差多少
一般認為，光在水中每深入一段距離，就會以固定的比例被吸收而變弱。我們利用這個「以固定比例變弱」的關係，來比較紅光和藍光剩下的量。
剩下的光強 ＝ 最初的強度 ×（每 1 公尺的殘存率）的深度次方
| 紅光的殘存率 | 每 1 公尺 60%（參考值） |
| 藍光的殘存率 | 每 1 公尺 95%（參考值） |
※ 實際的殘存率會因海域和水的透明度而有很大差異。這裡使用的是為了方便想像紅光與藍光差別的參考數值。
| 紅光（0.6 的 10 次方） | 0.6 × 0.6 × …（10 次）＝ 約 0.006（0.6%） |
| 藍光（0.95 的 10 次方） | 0.95 × 0.95 × …（10 次）＝ 約 0.60（60%） |
| 結果 | 在 10 公尺深處，紅光幾乎消失，藍光還剩下約 6 成 |
同樣只前進 10 公尺深，紅光已經不到最初的 1%，而藍光仍有一半以上留下來。一般認為，正是這個差距不斷累積，讓深處的水看起來是藍色的。潛水員在水中看到紅色的東西（例如自己的血液），到了深處會變得黑黑的，據說也是因為紅光被吸收的緣故。
高中＋為什麼水容易吸收紅光
水分子（H₂O）吸收光之後，分子內的鍵結會發生輕微伸縮的振動。這種振動容易發生的能量（稱為振動的倍頻成分），剛好與紅光的能量相近，因此一般認為紅光比藍光更容易被吸收。純水本身看起來帶有淡淡的顏色，就是來自分子的這種性質。
大學海洋物理學如何分類海的顏色
在海洋物理學領域，研究者會區分顏色由水本身的吸收特性決定的外海清澈海水（第 1 類水體），以及深受浮游生物和沉積物影響的沿岸海水（第 2 類水體）。從人造衛星觀測海的顏色，進而推估葉綠素濃度與水質的「海色遙測」技術，也是建立在這種想法上。
研究目前還不清楚的事
- 水的吸收光譜（在哪個波長吸收多少）的極精確數值，據說會隨溫度、壓力和溶解成分而略有變化，在深海等極端條件下的精密測量至今仍在持續進行。
- 從人造衛星的海色觀測，連浮游生物的種類都能細分辨識的技術，至今仍在提升精確度，是持續發展的研究領域。
- 透過長期追蹤海洋顏色的變化，研究氣候變遷如何影響海洋生態系的工作也正在進行。
光是「海為什麼是藍的」這一個問題，就蘊含了光學物理與海洋科學交會、至今仍在研究的豐富主題。
與課本的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・光的性質 | 吸收、散射、波長等基本用語 |
| 高中 | 物理基礎・波（進階） | 深度與光殘存率的計算 |
| 高中＋ | 化學・分子的振動（進階） | 水分子振動與吸收紅光的關係 |
| 大學 | 海洋物理學 | 第 1 類、第 2 類水體的分類，海色遙測 |
| 研究 | 海洋科學（研究中） | 精密吸收光譜的測量、浮游生物種類的辨識、與氣候變遷的關係 |
- 海洋物理學相關教科書中，關於水的光學性質與海色的說明。
- 光學、光譜學相關資料中，關於水分子吸收紅光機制的說明。
- 遙測相關資料中，關於人造衛星海色觀測與葉綠素推估的說明。
※ 光的殘存率數值是為了幫助理解機制而設的參考值。一般認為，實際數值會因海域和水的透明度而有很大差異。
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中的數值是為了幫助理解機制的概算與參考值。一般認為，實際數值會因海域和條件而有很大差異。