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《水的导读》:水中颜色变化到底来自水下事件,还是空中动静?

2020年06月10日 来源:http://www.bmw41.com

水色

想像自己正坐在汪洋中的一条船上,这时朋友问你:「海是什幺颜色?」

你觉得这个问题听起来真的很蠢,便抬头环顾四周后,信心满满地回答:「蓝色啊!等一下,不对。是绿色,还是⋯⋯灰色?」

朋友拿出玻璃杯,弯着腰、一手探入海水中,捞起一杯水,放在你面前。只见眼前杯中的液体澄净透明,你暗忖自己是否交友不慎。接着你开始思考自己最爱的河川、湖泊与海边的水又会是什幺颜色?然后发现其实每一处颜色都不太一样。

变化多端的水色是我们如此爱水的原因之一,但多数人只是乐于欣赏,很少有人深究其中原因。以言语描绘各种水色到底有多困难,凯尔特人显然十分清楚,他们很狡猾地创造「glasto-」这个字首,用来指称所有蓝色、绿色与灰色的东西。

解析水色这门学问可分为几个部分,各部分单独看来都很简单,但全部兜在一起时却老爱联手唬弄人,把事情搞得比实际上複杂许多。我们总共要讨论四个部分;水面下方、水里与水面上各有什幺、光线的影响,以及光线与水的关係。非常深奥而複杂、魅力无穷。

想分析水为什幺是这个颜色,第一件事就是要搞清楚,你看到的到底是水、还是其他东西的倒影?有的时候很好分辨,有时则不然。

站在池塘边垂直往下看,如果水够清澈,能看到几样东西。你会看到自己的倒影、池底土地,或是棕色泥土颗粒在水中盘旋,后者在有人经过时特别常出现。上述各种景色都有其重要性,但你首先要注意的是,我们往水里俯视时,之所以能选择要注视哪个东西,是因为此时的视角够大、几乎与水面垂直。可是如果往后退个二十步再看一次,就看不到任何泥土颗粒或水底地面了。应该说,你根本看不到水里任何东西,只能看到位于水另一侧、与你角度相同的东西在水面上的倒影。如果视角太小、从掠射角望向水面时,完全无法看到水里有什幺。这个道理在分析水色时很重要,因为很多时候我们虽然看着水,看到的却是位于远方的其他东西。比如远眺海面时,多数时候你看到的,其实主要是更远一方的天空倒影。这就是为什幺晴天时海是蓝色,阴天时则变成灰色。

直直俯视池底与远眺海面正好是两个极端,且都很容易预测能看见什幺。但如果观察的水体距离你不远也不近,就比较複杂了。站在河岸观察宽广水面,你至少能看到脚边这侧的水下状况,但远方那侧,就只会看到水面上的倒影了。这就是为什幺同一条河的两岸,水色有时截然不同。只有刻意留心观察,才会看见这个现象,因为人脑已经习惯这件事了,若没主动细想,并不会发现异状。

不妨试着从河岸一端细细扫向另一端,看看能不能找到,究竟是从哪里开始,你能望穿水面上的倒影、看进池内。(清澈的河水比较容易成功看见此现象。)两者间的转换地带并不是固定一个点,因为有好几个影响因素,包括:来自水面上方与四周光线的射入角度与多寡程度等。你应该会注意到,这个现象在水面上某一区特别明显(通常是在视角二十到三十度之间,或水面下距离两到三倍拳头宽处)。

只要做个简单的实验,就能证实光线对人眼所见的水色大有影响。挑个晚上,拿玻璃杯装水,放在自己面前,接着灯光全关,水会跟着房间里其他东西一起消失在眼前,变成黑色的!听起来是不是很理所当然、甚至有点无谓?其实这是有道理的:没有光线入水,水就没有颜色。水色来自光线。

开灯,事情比较有趣,比较一下玻璃杯里的水和浴缸里的水吧。如果是纯白色的浴缸,请开水,直到水深累积几公分为止,接着看进水里。你会发现,水完全无色透明,跟玻璃杯里的水一样。接着请继续开水,越满越好。现在水较深了,有没有发现水里开始掺进几抹蓝色?浴缸水看起来有点蓝,道理就跟人坐在船上,望进澄澈的深海看见蔚蓝是一样的。

纯水本身无色,但会吸收颜色。白光射向水面,部分反射、部分被水分子吸收。进入水中的白光,是由彩虹中所有颜色组合而成,每种颜色吸收程度不一。红、橙、黄三色比蓝色更容易被水吸收,因此白光须穿越的水层越厚、穿透再现的水色就越蓝。有没有注意到,白色物体若掉进清澈的深水中,会先呈现微蓝色,最后才消失在视野中?如果是把缸底的白色水塞拔起拉出水面,则情况刚好相反,水塞从淡淡的蓝色,变回纯白。

小从浴缸,大至泳池,光线需穿透的水越来越多,因此越多的红橙黄光被吸收,导致泳池底部虽是白色,整体却呈现浅蓝色调。科学家已经研究清楚,在水中被分子吸收前,能跑得最远的颜色,正是蓝绿色。(他们甚至还算出了蓝绿色的波长:四百八十奈米!)

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接下来该探讨的,是水里到底有什幺。在纯白色的浴缸里做实验,效果最好,原因很简单,低头观察浅水时,水面下的物体大致上就决定了你会看到什幺水色。站在海滩上,你应该会注意到,在浪花堆起、海水深浅交错处之后方,水色开始变深。同时我们也习惯在各处海滩所见不同,黛青靛蓝、各具独特色泽。这是因为海床为海水上了色,水越浅,越能凸显着色。

若是在白色海滩,水深最浅、勉强构着脚背处,水色是白色,但在不远处开始转为浅蓝色,再过去一点,蓝色渐深,望得越远,海色越深,直到白色海滩再也没有影响为止。

遇上金色细沙或砾石滩,原理相同,只不过蓝黄两色融合后,呈现的海色较接近蓝青色或绿松石色,并随着水深增加而越来越暗。至于海床的影响,就是简单的调色盘混色原理,水越深、蓝色越多,水越浅,则海床颜色占比越高。

该把以上三个因素结合起来了。站在海水及脚踝处,亲自体会一下这个调色过程吧。首先垂直往下直视,接着视线往外移个几公尺、一路往外看去,试着分别辨析出海水本身的蓝、海床的颜色、以及水面天空的倒影。

阳光和煦、晴天积云(毛茸茸像绵羊般的那种云)在天边四散的好日子,利于大家见识天空对水色的影响。比较一下,你会发现太阳高照时,海水看起来比云块垄罩上方时蓝得多。两者间的差异非常明显,常使人误把云朵阴影错当水下动静。大家常常以为一定是水深突然改变、或是有大批鱼群游过,才造成水色突然转黑。但只要按着性子多观察一会儿,就会发现,这些暗蓝色块正缓缓随着上方的云朵向前移动。

如果你不确定,可试着以太阳为起点拉出一条线,通过一小块云朵,连向水面。很难说云影究竟会距离你多远,但至少这个方法能把你带向正确方向。同样地,看到这类暗沉色块时,也能往太阳方向拉出一条直线,如果色块真的来自云影,则线路必定会经过云朵。能凭着形状,找到水里那块黑影在空中的本尊云朵,怪有成就感的。

学会分辨水中颜色变化到底来自水下事件,还是空中动静,是门需要历经多年磨练的艺术。而这门艺术在世界上许多角落,像是太平洋,可实用得很。船只经过珊瑚环礁附近时,最好用的地图,莫过于周围海水的色泽变化。即便搬出GPS搭载高科技电子航海图,仍然比不上当地经验老道的掌船人脸上,那双热切搜寻湛蓝大海中任何一丝亮浅色泽的眼睛。跟这些色泽线索相比之下,回声探测仪等电子深度测量技术显得可笑,多数只能用来判断船只正下方的水深,完全无法显示船身周围的水深变化。至于以电子航海图探测珊瑚环礁,目前技术也仍然极为模糊失準,全然无法与望色定位法相比。

《水的导读》:水中颜色变化到底来自水下事件,还是空中动静?

经过多年磨练,这些海岛航海人能靠着在大片绿松石色泽间找出蜿蜒的深蓝线条,稳妥地找到航道,安全通过险恶的珊瑚礁丛。一八八○年代,讲到北海航行经验,一位渔夫这幺说:「只要学会了,光靠水的深度和水下的家伙们,其他啥都不用,就甭怕在北海迷路了,世界上没比这更简单的事啦。」

就是因为深浅之间、海色不同,所以有这幺一个词:「蓝水航行」。如果有人自称蓝水水手,事实真相大概没有称号这幺光彩浪漫,这个字其实就是远海航行的意思,特别常用来指越洋航行。「褐水」一词现在已不常见,但过去曾用来代称浅水,泛指深度一百英噚(相当于一百八十二公尺)以下的水,一百英噚以上就是「蓝水」。

如果发现海水变色,而且是恆常、静止不动的一块,明显不是云朵或光影搞的鬼,就表示该处海床可能真的有所不同。不确定到底是什幺的话,就做点调查吧。在地航海人通常知道答案,或你也可以玩场侦探游戏,找张当地地图来看看,纸本或线上地图皆可。若此地就在你家附近、或是你最爱的海岸线,我建议花钱买张区域地图,因为地图能提供的资讯实在丰富,足以解开各种最细微的水色变化谜底,要是错过了,可能得白白困惑上好几年。图里有些缩写:「S」代表「沙」(sand)、「Sh」代表「贝壳」(Shell)、「M」代表「泥土」(mud)、「Wd」代表「海草」(weed),看起来很厉害的「Oz」则是「软泥」(ooze)的意思,分别为你指出该处海床的特性,这可是船只定锚时的关键资讯,也有助解开海水颜色的祕密。

某次到多塞特郡英吉利海峡旁的波白克岛,我花了点时间在一个叫「蓝池塘」的地方附近漫步。那是个晴朗早晨,水色有亮丽的绿松石色,也有较常见的深蓝绿色,树荫下则呈现更深沉的湖绿色。池塘取这名字,就是因为水色脱出,跟附近其他的池塘与海水都不一样。但此地的池塘,池底土质都差不多、深度相差不大、上方也是同一片天空,可见蓝池塘的独特色泽,肯定是来自其他因素影响:蓝池塘前身是开採黏土用的土坑,现已废弃。正是水中悬浮的黏土粒子,造就了这般魅惑池色。

相同的,英国西南部康瓦尔地区则有条魅力稍差一些的「红河」。当年採挖锡矿的全盛时期留下了富含铁质的尾砂、沖刷入河,故而得名。现因为停止採矿,水便不红了。这对当地野生动植物倒是好事,甚至多少对矿工有益,因为混浊的红河水实在太毒,有害生态发展。

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浙江嘉兴市一处被汙染的河水。

大自然中所有水体内都有粒子悬浮其中,就连看似最澄澈无暇的净水也不例外,当中最热闹者,湖水中与水面上可能有数以百万计的微粒。水藻、细菌、尘土、花粉等各种物质齐聚一堂,给水添上各种颜色,时而幽微含蓄,时而狂野奔放。

还记得一次搭飞机,机身在希斯洛机场起飞后不久开始转弯。望向窗外,我看到机翼下出现整齐对称的湖泊,它们所有线条都过于笔直,显然非自然形成。其中,有一口湖竟呈现独一无二的亮绿色。而这一口湖距离一旁农场最近,也解释了这幅不寻常景象所来何自。

湖泊池塘等静水如果不幸遇上科学家称的「优养化」,也就是水中富含过多营养物质,就会打乱微妙的生态系统平衡。水藻生存需要三样东西:水、阳光、营养,如果三样数量刚好,就会尽情繁衍茁壮,澈底改变水的颜色。

水藻繁生,不仅仅是改变湖泊池塘的水色而已,更会颠覆整个生态系统。它们遮蔽多数光线、使其无法进入水中,并大幅消耗溶在水中的氧气,威胁水中鱼儿与其他有机物的生存。这些亮绿色的水虽看着有趣,却并非适合动植物生长的健康环境。大部分的人也不愿意悠游其中,因为感觉就髒髒的、有碍健康。确实,这种水有时挺毒的。

水藻在世界上某些地方,还有更绚丽的演出。亚马逊河某些部分呈现黄色,在巴西玛瑙斯市附近,黄色河水与尼格罗河的红黑色河水相会,好不热闹。每种水色都来自水里不同的藻类与粒子。其中一种「盐生杜氏藻」(学名:Dunaliella salina)更是神奇,能将盐水湖,例如:澳洲的希利尔湖及塞内加尔的瑞特巴湖,渲染成不可思议的亮粉红色。就有人以「红潮」来形容水因藻类漫生而转为红色或红棕色的现象。一般认为这种现象起因为水中营养浓度与温度高低产生变化,且可能毒害水中生物与人类生存。

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澳洲的希利尔湖。

光谱的另一端,则是湖水「贫养化」,指养分非常贫乏。贫养的水里藻类无法生存,因此特别清澈诱人。地中海就是一个例子,海水中养分极低,导致藻类极少、水色澄澈剔透,成为度假悠游圣地。

我们在水中看到的许多粒子是无机物,是泥、沙、黏土、淤泥、白垩等各种物质形成的混合物,且各自为水染上不同颜色。低地河尤其明显,河水不断扰动河床上的泥沙,呈现混浊的浅棕色。河水支流汇入主流处,如果两流规模不同,不妨比较一下,你会发现两条水流颜色通常也不同,因为流经不同地段、因而含有不同的物质粒子。我在婆罗洲时跟着达雅族人,亲眼见证他们敏锐的观察力,水里任何细节都逃不过他们眼睛,河水交会处的细微色差之于达雅人,就像我们看路标一般,清楚明了。

有些汇聚冰河融水的湖泊呈现明亮淡雅的粉蓝色,这是水中的「岩粉」所致,也就是冰河移动时,将岩石研磨成细粉并带入湖中。凡有冰河处,包括加拿大、挪威等地,都能看到这种超凡水景,且虽然颜色豔丽,水质却乾净无害。

若有机会,不妨仔细研究一下海上近岸处在暴风雨前后的样子。汹涌波涛往往将海床搅起,给海水注入新颜色,接着又在一天内缓缓褪去。

我们看到的水色,有时也受水面上的东西影响。漏油漂浮海面是新闻噩耗,但同样的闪亮虹彩,也能在泡茶时,因为茶中的有机油脂释出而再现(茶别加奶比较容易看到,观察时记得要面光、蹲低)。油、尘土与许多水面过客都能改变水的样貌,多数通常不受欢迎,但其中有位倒是公认为美丽的娇客。

希腊爱神阿芙萝黛蒂与罗马爱神维纳斯,都生自海水浪花。画家波提且利的名作《维纳斯的诞生》捕捉了这段神话片刻。多谢波堤且利,为幻想付诸形体,让我们得以像狗仔队突击名人般,窥见这位古典女神最私密的一刻。但波堤且利画中少了一样东西,就是浪花,根据古希腊诗人赫西俄德的说法,这是天空神之子克洛诺斯砍下父亲乌拉诺斯的生殖器并丢入水中时激起的浪沫。撇开这段略嫌不洁的神话故事不谈,浪花背后的科学可是很有趣的。

《水的导读》:水中颜色变化到底来自水下事件,还是空中动静?

河流与海水中流速较快的水流,遇上强风或碎浪,便激起水沫、增添水色,只要你人在地球上,就天天都能看到,确实,这是地球的日常。科学家认为,太阳系里只有地球上有风吹过开放水域、产生浪花。

就算水不是白色,但我们平常看到的浪花却一律为白色。事实上,即便水本身为暗沉的泥棕色,水花依旧洁白。就连可口可乐里的气泡也是白色的,究竟为何?其实就跟云是白色的、多数粉状物也是白色的道理一样。有没有注意过,每次把某个有色的东西磨成细粉后,不管本来是什幺颜色,最后粉末往往会变白?

水花其实是一团团微小空气被水包裹而成。相反地,云则是一个个微小水滴外包覆着空气。光线一打上两者,会遇上一连串不同大小的曲面。光撞上这些大小「球」后反射,不同大小的球反射出不同颜色的光线。所有颜色同时抵达我们的眼睛,于是我们再一次看到五颜六色混杂形成的白光。粉磨得够细时,也是同样的机制。但若定睛细看水花,你能看到各种颜色轮番闪现。

水花里的泡泡往往一下就破灭、水花跟着消失无蹤,大家在海边踩水时都有看过。若泡沫持续较久,就表示水里还有其他东西,尤其是「介面活性剂」这种化学物质,肥皂及许多工业用化学药品都属此类,能让泡泡更持久。看到泡沫长久不灭,就知道水一定不乾净。

浪漫主义者勿看!

我在先前的着作《自然探索者》,提到一个由瑞士旅人兼物理学家班尼迪克.索叙尔发明、称为「天空蓝度计」的工具,基本上就是一组各色色板,能用来比对天空的颜色,衡量天空有多蓝。

连天空的蓝度都能测量、标号?听到这,你觉得实证论者太可怕、没有什幺能阻止他们了吗?那请真的不要再往下读了。水科学家也开发出了他们的蓝度计,叫做「弗莱尔—乌勒色表」,由瑞士科学家弗朗萨.爱尔丰.弗雷勒与德国地理学家威利.乌勒携手共同开发。色表使用方式如下:在二十一个小试管中装入液体并编号,淡蓝色是一号,深如可乐般的深棕色是二十一号。

如前面所说,水面上的反射光线能大大影响我们看到的水色。以此原理为据,弗莱尔—乌勒水色测量法首先将一块白色板子投入水中,直到看不见为止,记下深度后,再把板子拉回一半深处。接着测量者再拿试管组比对板子此时的颜色,色泽最相近的色号,就是这潭水的颜色了。

经过无数测试与研究,我们可得知几件趣事:第一件事、同时也是最惊人的,是人类客观对比颜色的能力挺好的,能分辨评断出颇为準确的色号。第二件事则最实用:最后,符合这个色号的颜色,能大致告诉我们水里情况究竟如何。

以下列表大致整理出各种水色代表什幺意义,前提是要先釐清眼前的颜色确实是水中粒子带来的颜色,而非水底土地或水面反光的干扰。

靛色到青蓝色(FU色表一到五号):低养分、有机物少。颜色主要来自微型藻类(浮游植物)。青蓝色到蓝绿色(FU色表六到九号):水色还是主要来自藻类,但也有部分受到溶于水中的其他物质影响,并可能有些沉积物。接近外海处常为此色。绿色(FU色表十到十三号):常见于海岸附近,此处不仅养分与浮游植物较多,更有些矿物质与有机物质溶于水中。绿棕色到棕绿色(FU色表十四到十七号):高养分浓度、浮游植物丛生,沉积物与有机物质也更多了。近岸处与潮埔地多呈此色。棕绿色到可乐深棕色(FU色表十八到二十一号):水中有超高浓度的腐植酸,常见于河流与河口处。

以上列表为欧盟採用的「水岸海洋肉眼观测通用指南」。若你有兴趣参与相关活动,可以加入市民科学计画,还有个手机应用程式可用。

书籍介绍

本文摘录自《水的导读:如何从小池塘窥见太平洋?教你用五感探索自然》,行人出版

*透过以上连结购书,《关键评论网》由此所得将全数捐赠儿福联盟。

作者:崔斯坦・古力(Tristan Gooley)
译者:简萓靓

从水洼、池塘、湖泊、河川至海洋,超过七百条水提供的线索,领航着我们的目光、唤醒感官,捕捉住自然捎来的重要讯息。作者崔斯坦是赫赫有名的「自然嚮导者」,意即不透过任何电子仪器与高科技设备,仅凭五感与习得的基础知识架构,找到与自然亲密相处的最美方式。

他将生活中的水象,结合人类学、地舆学、民间传说、美学,透过水的现象,带入柔软易读的基础水知识,接着再将「镜头」对準与此现象息息相关的生物动态与特性,讨论如何将一个个有趣的小知识连结起来,成为我们生活之中的「好工具」,例如:在野外露营时,如何观察一些山间常见野鸟动态,轻鬆地找到清澈水源。

在全书的脉络下,首先以生活中常见的水体:路边积水、溪河、湖泊开始,以日常经验为例,从中找出易见却易粗糙带过的水象观察→分枝讨论水科学知识→与此相关产生的人群活动、环境。接着以水的现象:聚焦「水色、光影、声音」,读出自然界其他知识,如:凭不同水声画出高低起伏的地形地图,甚至读出民族文化中与水共处、借助水生存的技法。最后来到海洋,从海岸、沙滩、潮流明白与大海平安宁静共处的方式,更处处可见得自保妙计。

全书可说是在自然与美感里流动的科学,如何观水v.s.观水的艺术,更是充满人文精神及丰富、好读的科普知识,将人-文化-自然三者串联。台湾四面环海,位处亚热带,乃温暖、潮湿、多雨,生物多样性的海岛国家,也拥有丰富的溪流面貌,岛上人们与水环环共生的文史悠久,「水」在我们身周无处不见,故此书更值得台湾读者一读,经水的导读,你将读见风与光、读见色谱、读见伏藏地下的世界、读见万物思考,读见一部情节魔幻绚丽而隽永真实的大自然经典。

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