冰川為什么會是藍色的？

你站在格陵蘭島的海邊，面前是一座巨大的冰山，陽光灑在它身上，整個冰塊泛著幽幽的藍光。這一幕，像不像電影里的奇幻場景？

組圖：格陵蘭島的冰山是北極地區(qū)一道壯麗的自然景觀，它們是從格陵蘭冰蓋崩解下來的巨大冰塊，漂浮在周圍的海域中。這些冰山形態(tài)各異，大小不一，有的像巨大的冰山堡壘，有的則呈現(xiàn)出奇特的冰雕造型。格陵蘭島西海岸的迪斯科灣是觀賞冰山的著名地點，這里的冰山數(shù)量眾多，景色壯觀，吸引了大量游客和攝影愛好者。同時，格陵蘭島的冰山也是氣候變化的指示器，它們的大小、數(shù)量和移動速度等，都為科學(xué)家研究全球氣候變暖提供了重要的參考數(shù)據(jù)。?攝影：王敏幹（John MK Wong）

許多冰川的照片，泛出神秘的藍色，但如果你問攝影師，卻發(fā)現(xiàn)，其實他們當時并沒有使用濾鏡。但問題來了——冰不就是水凍成的嗎？那為什么我們家冰箱里的冰是白色的，格陵蘭島的冰山卻是藍色的？這個問題看似簡單，實則藏著大自然的奧秘。很多人看到格陵蘭島的冰山照片，都會驚嘆它那種幽幽的藍色，仿佛是童話世界里的場景。但轉(zhuǎn)頭看看自己家冰箱里的冰塊，或者冬天下的雪，怎么都是白色的呢？

其實，這背后和光的傳播、冰的結(jié)構(gòu)都有很大的關(guān)系。

先來說說光的“魔術(shù)”。我們都知道，太陽光看起來是白色的，但其實它是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這幾種顏色的光組成的。每種顏色的光有不同的波長，其中紅光、橙光的波長比較長，而藍光、紫光的波長比較短。當光進入某種物質(zhì)，比如空氣、水、甚至是冰時，不同波長的光會有不同的表現(xiàn)。有些光容易被吸收，而有些光則會被反射或者穿透，這就決定了我們?nèi)庋劭吹降念伾?/p>

天空是藍色的，就是因為空氣分子會讓短波的藍光散射得更厲害，而長波的紅光、橙光更容易直線傳播。當太陽高掛在天上時，藍光被散射得到處都是，我們就看到了藍色的天空。而當太陽快要落山時，光要穿過更厚的大氣層，藍光基本都被散射掉了，剩下的紅光、橙光才進入我們的眼睛，所以我們就看到了火燒云和金黃色的夕陽。同樣的道理，冰山的顏色也和光的傳播方式有關(guān)。

普通的冰塊和雪，為什么是白色的？這其實和它們的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

你家冰箱里的冰塊，或者新下的雪，里面其實有大量的氣泡和雜質(zhì)。這些小氣泡會讓光線在冰里亂反射，所有顏色的光混合在一起，最終看上去就是白色的。這也解釋了為什么新下的雪是白的，而不是透明的——因為光線在雪里被無數(shù)次反射，最后所有顏色都混在了一起。

但冰川里的冰就不一樣了。通常，冰川是幾百年、甚至上萬年一點點積累形成的。隨著時間的推移，冰層被不斷壓縮，里面的空氣被慢慢擠出去，最終形成了一種非常密實、透明度極高的冰。這種冰的透光性很好，光線進入其中后，長波的紅光會被冰分子優(yōu)先吸收（實際是氫鍵振動吸收紅外/紅光），而短波的藍光相對不容易被吸收，就這樣藍光穿透或后向散射。我們的眼睛接收到的主要是藍光，所以我們看到的冰山就呈現(xiàn)出藍色的光澤。

也就是說，冰川的形成過程，跟我們?nèi)粘Ｒ姷降谋兄举|(zhì)的區(qū)別。冰川并非由液態(tài)水直接凍結(jié)而成，而是源自長期積累的降雪。當雪花落下，層層堆積，隨著時間推移，底層的雪受到上層雪的擠壓，逐漸變得更加緊密和堅硬。在這個過程中，雪中的空氣被不斷擠出，最終形成致密的冰川冰。

新形成的冰川，冰通常呈現(xiàn)乳白色，這是由于其中仍含有微小的氣泡和雜質(zhì)。但是，隨著進一步的壓實和重結(jié)晶，冰川冰的密度增加，內(nèi)部的氣泡數(shù)量顯著減少，甚至完全消失。這種高密度、低氣泡含量的冰川冰具有獨特的光學(xué)特性。

當陽光照射到冰川冰上時，冰對不同波長的光具有選擇性的吸收和散射能力。冰川冰藍色，主要是由于其對紅光的強烈吸收，而藍光較少被吸收所致。

具體而言，冰對紅光、橙光等長波長的光吸收較多，而對藍光等短波長的光吸收較少，因此，沒被吸收的藍光就被散射出來了，這樣一來，冰川就呈現(xiàn)出迷人的藍色了。

上圖：南極冰川。攝影：Joys 綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

不過，冰山的藍色并不是固定不變的。有時候它們看起來是淺藍色，有時候是深藍色，甚至還可能帶點綠色或者灰色。造成這些變化的因素有很多，比如天氣、光線的角度、冰的純凈程度等等。如果是晴天，陽光直射在冰山上，藍色就會更加明顯；但如果是陰天，光線較弱，冰山的顏色就會顯得更淺，甚至有些偏白。此外，光線的角度也會影響冰的顏色，如果光是從正面照射過來的，藍色效果會更明顯，而如果是從側(cè)面或者背后照過來，冰山的顏色可能會偏淡一些。冰的成分也很關(guān)鍵，有些冰川因為受到地殼運動的影響，可能夾雜了一些礦物質(zhì)，比如火山灰或者沉積物，這樣的冰看起來可能會有些灰色、綠色，甚至帶點棕色。

南極洲的“血瀑布”（Blood Falls）是一處位于泰勒冰川的奇特景觀，其鮮艷的紅色源于富含氧化鐵的鹵水從冰川裂縫中滲出。這些鹵水來自冰川下被冰封的古老鹽湖，由于高鹽度而保持液態(tài)，當其與空氣接觸時，鐵元素氧化形成氧化鐵，從而呈現(xiàn)出醒目的紅色。上圖是南極洲泰勒冰川末端滲入邦尼湖的“血瀑布”奇觀（2006年11月26日拍攝）。圖源：美國國家科學(xué)基金會/Peter Rejcek

冰川的藍色，是光線與冰體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用的產(chǎn)物，同時也會受到多種外部因素的顯著影響。正如前頭提到的，純凈的冰川冰由于長期擠壓，氣泡稀少，結(jié)構(gòu)致密，使得紅光等長波光被吸收，藍光等短波光得以散射，從而呈現(xiàn)出藍色。但是，當冰川中混入其他物質(zhì)時，其顏色便會發(fā)生變化。例如，南極洲的“血瀑布”，其銹紅色源自富含氧化鐵的鹵水，這些礦物質(zhì)從冰川下的古老鹽湖滲出，與冰結(jié)合，形成了鮮明的色彩對比。此外，格陵蘭島或阿爾卑斯山的冰川，在雪藻大量繁殖時，會呈現(xiàn)粉紅或淡綠色，這是因為藻類色素吸收特定波長的光，改變了冰的反射特性。再者，火山噴發(fā)產(chǎn)生的玄武巖粉塵或黑碳顆粒，若沉積在冰川表面，會使冰呈現(xiàn)灰黑色，顯著削弱藍光的散射效果。

阿拉斯加是冰川的世界，有眾多壯觀的冰川景觀。這些冰川是在漫長的歲月里，由降雪不斷堆積、壓縮而形成的巨大冰體，它們從高聳的山脈上緩緩流動，最終注入大海。阿拉斯加的冰川不僅數(shù)量龐大，而且形態(tài)各異。上圖是阿拉斯加的冰川，攝影：劉茂勝（綠會BCON專家） | ?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）冰山的顏色，還跟它的“年齡”有關(guān)系。一般來說，越古老的冰川，藍色越深。因為這些冰經(jīng)歷了更長時間的壓縮，氣泡含量極低，透光性更強，藍光的反射效果就更明顯?？茖W(xué)家們在研究冰川時，經(jīng)常會鉆取冰芯，也就是從冰川深處取出一根長長的冰柱，然后分析它的成分、氣泡含量、顏色變化等等。這些冰芯就像是地球的“時間膠囊”，能夠記錄過去幾千年、甚至幾十萬年的氣候變化。所以當你看到那些顏色深邃的藍色冰山時，實際上是在見證一塊經(jīng)歷了漫長歲月的“冰塊化石”。

說了這么多，簡單總結(jié)一下就是，冰山之所以是藍色的，是因為它的冰層足夠厚、足夠純凈，讓紅光被吸收，藍光被反射出來（藍光因吸收較少且散射后返回表面），而我們眼睛接收到的就是藍色的光。家里的冰塊和雪因為氣泡多、雜質(zhì)多，光線被亂反射，所以是白色的。天氣、光的角度、冰的成分都會影響冰山的顏色，而越古老的冰，往往藍得越深。

所以，下次當你在紀錄片或者旅游照片里看到藍色的冰山時，你就可以自信地告訴身邊的朋友，為什么它們是藍色的了。如果有機會真的站在格陵蘭島的海邊，面對那些美麗的藍色冰山，或許你會有一種不一樣的感受——原來，大自然的奇觀，背后竟然藏著這么有趣的科學(xué)原理！

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編譯 | 王芊佳
審核 | Richard
排版 | 綠葉

參考資料略