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 y transparentes , el agua pura tiene un ligero tono azulado que se intensifica a medida que aumenta el espesor de la muestra observada. El color del agua es una propiedad intrínseca causada por la absorción y dispersión selectiva de la luz azul. Los elementos disueltos o las impurezas en suspensión pueden alterar el color del agua.

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 azul celeste claro se debe a una débil absorción en la parte roja del espectro visible . ^{[ 2 ]}

Las absorciones en el espectro visible se atribuyen generalmente a excitaciones de estados de energía electrónica en la materia. El agua es una molécula simple de tres átomos , H₂O _, 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 v₁ = 3650 cm⁻¹ y v₃} = 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 v₁ + 3v₃ = 14 318 cm⁻¹ _, que ^es equivalente a una longitud de onda de 698 _nm . En estado líquido a 20 °C (68 °F), estas vibraciones se desplazan hacia el rojo debido a los enlaces de hidrógeno, lo que resulta en una absorción roja a 740 nm; otros armónicos, como v ₁ + v ₂ + 3 v ₃ , dan absorción roja a 660 nm. ^{[ 3 ]} La curva de absorción del agua pesada (D ₂ O) tiene una forma similar, pero está desplazada más hacia el extremo infrarrojo del espectro, porque las transiciones vibracionales tienen una energía menor. Por esta razón, el agua pesada no absorbe luz roja y, por lo tanto, grandes cuerpos de D ₂ O carecerían del característico azul celeste del agua ligera ( ¹ H ₂ O), que se encuentra con mayor frecuencia. ^{[ 4 ]}            

La intensidad de absorción disminuye notablemente con cada sobretono sucesivo, lo que resulta en una absorción muy débil para el tercer sobretono. Por esta razón, 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 varía del cian al azul claro . 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 un tono azul que cian, dependiendo de la luminosidad del cielo. ^{[ 5 ] [ 6 ]} El agua de las piscinas con paredes y 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 será el color cian. ^{[ 7 ]}

Parte de la luz que incide sobre la superficie del océano se refleja, pero la mayor parte penetra en el agua, interactuando con las moléculas de agua y otras sustancias presentes en ella. Las moléculas de agua pueden vibrar en tres modos diferentes al interactuar con la luz. Las longitudes de onda roja, naranja y amarilla se absorben , por lo que la luz restante que se observa se compone de longitudes de onda verde, cian y azul. Esta es la razón principal por la que el océano es de color 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 juega 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 absorben toda la luz, por lo que, sin la dispersión, todas las masas de agua se verían negras. Debido a que la mayoría de los lagos y océanos contienen materia viva y partículas minerales en suspensión, la luz que proviene 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 debido a que la luz primero pasa a través de muchos metros de líquido de color cian, la luz dispersada aparece cian. En agua extremadamente pura, como la que se encuentra en los 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, debida a la dispersión de Rayleigh en la atmósfera a lo largo de la línea de visión, confiere a los objetos distantes un tono cian o azul claro . Esto se observa con mayor frecuencia en las montañas lejanas, pero también contribuye al color cian del océano en la distancia.

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  Las grandes masas de agua, como los océanos, manifiestan el color azul inherente al agua.
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  Desde el espacio, los océanos parecen tener un tono azul muy intenso y profundo. Esta es una imagen tomada por los instrumentos MODIS del Golfo de México .
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  El tono del cielo reflejado contribuye al color azul celeste que se percibe en el agua, pero la mayor parte del color cian proviene del color intrínseco del agua que las pequeñas partículas en suspensión dispersan de vuelta a la superficie.

Los glaciares son grandes masas de hielo y nieve que se forman en climas fríos mediante procesos de compactación de la nieve acumulada. Si bien los glaciares nevados se ven blancos desde la distancia, la larga trayectoria de la luz reflejada en su interior hace que parezcan de un azul intenso cuando se observan de cerca y cuando están protegidos de la luz ambiental directa.

Pequeñas cantidades de hielo común se ven blancas debido a la presencia de abundantes burbujas de aire, y también porque pequeñas cantidades de agua parecen incoloras. En los glaciares, en cambio, la presión expulsa las burbujas de aire atrapadas en la nieve acumulada, aumentando así la densidad del hielo. Grandes cantidades de agua se ven cian; por lo tanto, un gran bloque de hielo comprimido, o un glaciar, también se vería cian.

El material disuelto y particulado en el agua puede hacer que parezca más verde, tostado, marrón o rojo. Por ejemplo, los compuestos orgánicos disueltos llamados taninos pueden producir 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 reportar de la siguiente manera:

• El color aparente es el color de una masa de agua que se refleja en su superficie y se compone de la coloración de los elementos disueltos y suspendidos . El color aparente también puede verse alterado por variaciones en el color del cielo o por el reflejo de la vegetación cercana .
• El color verdadero se mide después de que se ha recogido y purificado una muestra de agua (ya sea por centrifugación o filtración ). El agua pura tiende a verse de color azul cielo y una muestra se puede comparar con agua pura utilizando un estándar de color predeterminado o comparando los resultados de un espectrofotómetro . ^{[ 13 ]}

Analizar el color del agua puede ser una prueba rápida y sencilla que a menudo refleja la cantidad de materia orgánica presente, 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 podría deberse al reflujo de limpiadores industriales en el tanque de los inodoros. El rojo puede ser señal de óxido de las tuberías de hierro o de bacterias transportadas por el aire provenientes de 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 generalmente tiene un fuerte olor a azufre o a huevo podrido (H₂S ₎ y se corrige fácilmente vaciando 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. Aprender el espectro de colores que indica la presencia de impurezas en el agua puede facilitar la identificación y solución de problemas cosméticos, bacteriológicos y químicos.  

La presencia de color en el agua no indica necesariamente que no sea potable . El agua con alta claridad suele tener 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 altas concentraciones. ^{[ 14 ]}

Los filtros de agua convencionales no eliminan el color de las sustancias disueltas ; sin embargo, el uso de coagulantes puede lograr atrapar los compuestos que causan el color dentro del precipitado resultante . Otros factores pueden afectar el color observado:

• Las partículas y los solutos pueden absorber la luz, como en el té o el café. Las algas verdes en ríos y arroyos suelen darles un color azul verdoso. En el Mar Rojo se producen ocasionalmente proliferaciones de la alga roja Trichodesmium erythraeum .
• Las partículas en el agua pueden dispersar la luz. El río Colorado suele tener un color rojo turbio debido al limo rojizo en suspensión; esto le da su nombre, del español colorado , que significa " de color rojo " . Algunos lagos y arroyos de montaña con roca finamente molida, 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 desplazar el espectro de los fotones emergentes hacia el verde, un color que se observa a menudo cuando se analiza agua cargada de partículas en suspensión.

Diversas culturas dividen el campo semántico de los colores de manera diferente al uso del idioma 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 otros idiomas, no existe una sola palabra para azul, sino diferentes palabras para azul claro ( голубой , goluboy ) y azul oscuro ( синий , siniy ).

Otros nombres de colores asignados a cuerpos de agua son verde mar y azul ultramar . Las coloraciones oceánicas inusuales han dado origen a los términos marea roja y marea negra .

El poeta griego antiguo Homero utiliza el epíteto " mar color 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 su luminosidad en lugar de por su tonalidad, mientras que otros presumen que Homero era daltónico (aunque cabe señalar que a menudo se considera que Homero era ciego).

• 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 del original (PDF) el 25 de abril de 2012.
• Pettit, Edison (febrero de 1936). "Sobre el color del agua del lago Crater" . 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 la acuarela, Escuela de Ciencias del Agua del USGS
• ¿De qué color es el agua? — WebExhibits ' Causas del color