Color del agua

El color del agua varía según las condiciones ambientales en las que se encuentra. Si bien cantidades relativamente pequeñas de agua parecen incoloras , el agua pura tiene un ligero color azul que se vuelve más intenso a medida que aumenta el espesor de la muestra observada. El tono del agua es una propiedad intrínseca y se debe a la absorción y dispersión selectiva de la luz azul. Los elementos disueltos o las impurezas suspendidas pueden darle al agua un color diferente.

El color intrínseco del agua líquida se puede demostrar observando una fuente de luz blanca a través de un tubo largo lleno de agua purificada y cerrado en ambos extremos con una ventana transparente. El color cian claro se debe a una absorción débil en la parte roja del espectro visible . ^[2]

Las absorciones en el espectro visible suelen atribuirse a excitaciones de estados de energía electrónica en la materia. El agua es una molécula simple de tres átomos , H ₂ O, y todas sus absorciones electrónicas ocurren en la región ultravioleta del espectro electromagnético y, por lo tanto, no son responsables del color del agua en la región visible del espectro. La molécula de agua tiene tres modos fundamentales de vibración . Dos vibraciones de estiramiento de los enlaces O–H en el estado gaseoso del agua ocurren en v ₁ = 3650 cm ⁻¹ y v ₃ = 3755 cm ⁻¹ . La absorción debida a estas vibraciones ocurre en la región infrarroja del espectro. La absorción en el espectro visible se debe principalmente al armónico v ₁  + 3 v ₃ = 14,318 cm ⁻¹ , que equivale a una longitud de onda de 698 nm. En estado líquido a 20 °C (68 °F) estas vibraciones se desplazan hacia el rojo por la unión de hidrógeno, lo que da como resultado una absorción roja a 740 nm, mientras que otros armónicos como v ₁  + v ₂  + 3 v ₃ dan lugar a una absorción roja a 660 nm. ^[3] La curva de absorción del agua pesada (D ₂ O) tiene una forma similar, pero se desplaza más hacia el extremo infrarrojo del espectro, porque las transiciones vibracionales tienen una energía menor. Por esta razón, el agua pesada no absorbe la luz roja y, por lo tanto, los cuerpos grandes de D ₂ O carecerían del color cian característico del agua ligera más común ( ¹ H ₂ O). ^[4]

La intensidad de absorción disminuye notablemente con cada armónico sucesivo, lo que da como resultado una absorción muy débil para el tercer armónico. Por este motivo, la tubería debe tener una longitud de un metro o más y el agua debe purificarse mediante microfiltración para eliminar cualquier partícula que pueda producir dispersión de Mie .

Los lagos y océanos se ven cian por varias razones. Una de ellas es que la superficie del agua refleja el color del cielo , que va del cian al azul celeste . Es un error común pensar que este reflejo es la única razón por la que las masas de agua se ven cian, aunque puede contribuir. Esta contribución suele hacer que la masa de agua parezca más de un tono azul celeste que cian, dependiendo de lo brillante que sea el cielo. ^{[5] [6]} El agua de las piscinas con los lados y el fondo pintados de blanco se verá cian, incluso en piscinas cubiertas donde no hay cielo que se refleje. Cuanto más profunda sea la piscina, más intenso se vuelve el color cian. ^[7]

Parte de la luz que llega a la superficie del océano se refleja, pero la mayor parte penetra en la superficie del agua e interactúa con las moléculas de agua y otras sustancias presentes en el agua. Las moléculas de agua pueden vibrar de tres modos diferentes cuando interactúan con la luz. Las longitudes de onda de la luz roja, naranja y amarilla se absorben , por lo que la luz restante que se ve está compuesta por longitudes de onda verde, cian y azul. Esta es la razón principal por la que el color del océano es cian. La contribución relativa de la luz reflejada del cielo y la luz dispersada desde las profundidades depende en gran medida del ángulo de observación. ^[8]

La dispersión de partículas en suspensión también desempeña un papel importante en el color de lagos y océanos, haciendo que el agua se vea más verde o más azul en diferentes áreas. Unas pocas decenas de metros de agua absorberán toda la luz, por lo que sin dispersión, todas las masas de agua se verían negras. Debido a que la mayoría de lagos y océanos contienen materia viva y partículas minerales en suspensión, la luz de arriba se dispersa y parte de ella se refleja hacia arriba. La dispersión de partículas en suspensión normalmente daría un color blanco, como en la nieve, pero como la luz pasa primero a través de muchos metros de líquido de color cian, la luz dispersada aparece cian. En agua extremadamente pura, como se encuentra en lagos de montaña, donde la dispersión de partículas es muy baja, la dispersión de las propias moléculas de agua también contribuye a un color cian. ^{[9] [10]}

La radiación difusa del cielo debido a la dispersión de Rayleigh en la atmósfera a lo largo de la línea de visión le da a los objetos distantes un tono cian o azul claro . Esto se nota más comúnmente en las montañas distantes, pero también contribuye al tono cian del océano a la distancia. ^{[ cita requerida ]}

• 
  Los grandes cuerpos de agua, como los océanos, manifiestan el color azul inherente del agua.
• 
  Desde el espacio, los océanos se ven tan oscuros que parecen casi negros. Esta es una imagen tomada por los instrumentos MODIS del Golfo de México .
• 
  El tono del cielo reflejado contribuye al color azul percibido del agua, pero la mayor parte del color cian proviene del color intrínseco del agua esparcida hacia la superficie por pequeñas partículas suspendidas.

Los glaciares son grandes masas de hielo y nieve que se forman en climas fríos mediante procesos que implican la compactación de la nieve caída. Si bien los glaciares nevados parecen blancos desde la distancia, las largas longitudes de trayectoria de la luz reflejada interna hacen que los glaciares parezcan de un azul profundo cuando se los observa de cerca y cuando están protegidos de la luz ambiental directa. ^{[ cita requerida ]}

Las cantidades relativamente pequeñas de hielo normal aparecen blancas porque hay muchas burbujas de aire y también porque pequeñas cantidades de agua parecen incoloras. En los glaciares, por otro lado, la presión hace que las burbujas de aire atrapadas en la nieve acumulada se expulsen, lo que aumenta la densidad del hielo creado. Grandes cantidades de agua aparecen de color cian, por lo que un gran trozo de hielo comprimido, o un glaciar, también se vería de color cian.

El material disuelto y en partículas en el agua puede hacer que esta se vea más verde, marrón, rojiza o marrón. Por ejemplo, los compuestos orgánicos disueltos llamados taninos pueden dar lugar a colores marrón oscuro, o las algas que flotan en el agua (partículas) pueden impartir un color verde. ^[11] Las variaciones de color se pueden medir con referencia a una escala de color estándar. Dos ejemplos de escalas de color estándar para cuerpos de agua naturales son la escala Forel-Ule y la escala Platino-Cobalto . Por ejemplo, una ligera decoloración se mide con respecto a la escala Platino-Cobalto en unidades Hazen (HU). ^[12]

El color de una muestra de agua se puede informar como:

• El color aparente es el color de un cuerpo de agua que se refleja en la superficie del agua y está compuesto por el color de los componentes disueltos y suspendidos . El color aparente también puede cambiar debido a variaciones en el color del cielo o al reflejo de la vegetación cercana .
• El color verdadero se mide después de que se ha recolectado y purificado una muestra de agua (ya sea por centrifugación o filtración ). El agua pura tiende a verse de color cian y una muestra se puede comparar con agua pura con un estándar de color predeterminado o comparando los resultados de un espectrofotómetro . ^[13]

La prueba de color puede ser una prueba rápida y sencilla que a menudo refleja la cantidad de material orgánico en el agua, aunque ciertos componentes inorgánicos como el hierro o el manganeso también pueden impartir color.

El color del agua puede revelar condiciones físicas, químicas y bacteriológicas. En el agua potable, el verde puede indicar la lixiviación de cobre de las tuberías de cobre y también puede representar el crecimiento de algas. El azul también puede indicar cobre, o puede ser causado por el sifón de limpiadores industriales en el tanque de los inodoros, comúnmente conocido como reflujo. Los rojos pueden ser signos de óxido de las tuberías de hierro o bacterias transportadas por el aire de los lagos, etc. El agua negra puede indicar el crecimiento de bacterias reductoras de azufre dentro de un tanque de agua caliente configurado a una temperatura demasiado baja. Esto suele tener un fuerte olor a azufre o huevo podrido (H2S ₎ y se corrige fácilmente drenando el calentador de agua y aumentando la temperatura a 49 °C (120 °F) o más. No se sabe que las bacterias reductoras de sulfato causen problemas en las tuberías de agua fría. ^{[ cita requerida ]} Aprender el espectro de colores que indica la impureza del agua puede facilitar la identificación y solución de problemas cosméticos, bacteriológicos y químicos.

La presencia de color en el agua no necesariamente indica que el agua no sea potable . El agua con alta claridad generalmente tiene un color más cian debido a las bajas concentraciones de partículas y/o sustancias disueltas . Las sustancias particuladas que causan color se pueden eliminar fácilmente mediante filtración. Las sustancias disueltas que causan color, como los taninos, solo son tóxicas para los animales en grandes concentraciones. ^[14]

El color de las sustancias disueltas no se elimina con los filtros de agua típicos ; sin embargo, el uso de coagulantes puede lograr atrapar los compuestos que causan el color dentro del precipitado resultante . ^{[ cita requerida ]} Otros factores pueden afectar el color observado:

• Las partículas y los solutos pueden absorber la luz, como en el caso del té o el café. Las algas verdes de los ríos y arroyos suelen dar un color azul verdoso. En el Mar Rojo hay floraciones ocasionales de algas rojas Trichodesmium erythraeum . ^{[ cita requerida ]}
• Las partículas en el agua pueden dispersar la luz. El río Colorado suele ser de un rojo fangoso debido al limo rojizo suspendido en el agua, lo que le da el nombre al río, del español colorado , ' colorido, rojo ' . Algunos lagos y arroyos de montaña con rocas finamente molidas, como la harina glacial , son de color turquesa. La dispersión de la luz por la materia en suspensión es necesaria para que la luz azul producida por la absorción del agua pueda regresar a la superficie y ser observada. Dicha dispersión también puede cambiar el espectro de los fotones emergentes hacia el verde, un color que a menudo se ve cuando se observa agua cargada de partículas suspendidas. ^{[ cita requerida ]}

En diversas culturas, el campo semántico de los colores se divide de forma diferente a la del inglés , y algunas no distinguen entre azul y verde de la misma forma. Un ejemplo es el galés , donde glas puede significar azul o verde, o el vietnamita , donde xanh también puede significar cualquiera de los dos. Por el contrario, en ruso y en otros idiomas no existe una única palabra para azul, sino palabras algo diferentes para azul claro ( голубой , goluboy ) y azul oscuro ( синий , siniy ).

Otros nombres de colores asignados a los cuerpos de agua son verde mar y azul ultramar . Los colores oceánicos inusuales han dado lugar a los términos marea roja y marea negra .

El poeta griego Homero utiliza el epíteto " mar oscuro como el vino "; además, también describe el mar como "gris". William Ewart Gladstone ha sugerido que esto se debe a que los antiguos griegos clasificaban los colores principalmente por luminosidad en lugar de tono, mientras que otros creen que Homero era daltónico . ^{[ cita requerida ]}

La antigua sabiduría india de los Vedas considera que las contribuciones del agua a la vida son parte de lo divino. Reconoce al agua como un dios antiguo, Varuna , y el color de Varuna se describe como azul. En el Gayatri asociado con Varuna, la frase "Neela purusha" aparece en la segunda línea, que llama a la deidad del agua "la azul".

• Dickey, Tommy D.; Kattawar, George W.; Voss, Kenneth J. (abril de 2011). "Arrojando nueva luz sobre la luz en el océano" (PDF) . Physics Today . 64 (4): 44–49. Bibcode :2011PhT....64d..44D. doi :10.1063/1.3580492. Archivado desde el original (PDF) el 25 de abril de 2012.
• Pettit, Edison (febrero de 1936). "Sobre el color del agua del lago del cráter". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 22 (2): 139–146. Bibcode :1936PNAS...22..139P. doi : 10.1073/pnas.22.2.139 . PMC  1076722 . PMID  16588059.

• Color de agua, Escuela de Ciencias del Agua del USGS
• ¿De qué color es el agua?— Causas del color de WebExhibits