南极和北极的融水是“坏”的，因为它是黑暗的，但为什么白色物质上的透明液体是如此黑暗?

Question

《华盛顿邮报》南极热浪在几天内融化了一座岛屿20%的积雪，导致融化池激增包括下图中冰雪上的融水池塘。

这篇文章读起来不错，但我的问题是光学方面的，也就是说，是什么让一池融水(基本上是纯水)在如此白色的东西上变得如此黑暗?

它增加了阳光的吸收和加热，这在这种情况下是“不好的”，但这背后的物理或现象是什么，使它们变得如此黑暗?

如果我理解正确的话，即使是浅池塘或水坑也能显著降低反照率，增加吸收，并诱导进一步融化，有时以“失控”的方式。所以我不认为这是水或污染物的大量吸收，我认为还有一些更有趣的事情在发生。

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2020年1月19日，南极半岛乔治六世冰架上的融化池塘。(NASA)

Answer 1

水在光谱的蓝色部分具有最低的EM吸收，并在光谱的UV和红色部分迅速增加。

因此，水在可见光下是蓝色的。冰也是如此，因为它有非常相似的吸收光谱。

虽然照片中有很多白色，但所有这些都是覆盖在蓝冰上的薄雪。一旦雪融化，你会看到一层厚厚的透明的蓝色冰上有蓝色的水，这些冰吸收了大部分的光，使池塘看起来异常黑暗。例如，如果底部不是透明的冰，而是沙子，水的颜色就会浅得多。

Answer 2

“透明”和“白色”不一样:白色的物体反射了大部分的光，而透明的物体让光通过。一旦光线进入水中，它可能需要经过很长一段时间才能有机会消失，而这段漫长的传播路径为吸收提供了更多的机会。

水本身比雪吸收光更多，但污染会使情况更糟。如果雪中有一个灰尘粒子，它必须位于顶部几厘米内，才能从阳光中获得任何重要的能量:只有20%的光线能穿透5厘米以上的积雪．在清澈的水中，光线穿透得更深(在10米深处消耗25%的能量)，因此，在该体积内的所有污垢颗粒暴露在阳光下时，都会很容易散热。

如果你想知道为什么雪是白色的，想想这个:干雪是冰(折射率1.31)和空气(折射率1)的混合物，所以光从边界(部分或全部)反射的角度有很多，也有很多边界。湿雪是冰(折射率1.31)和水(折射率1.33)的混合物，所以这些边界几乎不会影响通过的光线。固态冰或水与空气只有单一的边界，内部根本没有边界。

Answer 3

水(固体或液体)具有一定的吸水性。纯水的可见光或近可见光的亮度相当低，这就是为什么水被认为是透明的。但只是在一定程度上——几米的水看起来是蓝色的，几百米的水看起来是黑色的，特别是如果你在这几百米以下。

然后是雪。雪在各个方向上都有丰富的光学边界，所以它能很好地散射光线。光线总共只经过几毫米的水，就会被反射或折射出积雪。在几毫米深的水中，你吸收不了多少光。

如果你压缩或融化雪，光学边界就会消失，光就会进入水体深处，在那里它有机会被吸收。

附注:水并不是唯一一种粉末状呈白色的物质。大多数粉末状物质看起来都是白色的，即使它们的固体形态不是白色的，只是部分透明。见硫磺、硫酸铜等。