Đa phần chúng ta đều hiểu sai lý do vì sao đại dương màu xanh

Nếu bạn từng tò mò về thế giới mình đang sống, có lẽ ngoài việc thắc mắc tại sao bầu trời lại có màu xanh thì bạn cũng thường thắc mắc tại sao biển màu xanh. Các câu trả lời sai mà mọi người thường đưa ra để trả lời là biển xanh do phản chiếu bầu trời xanh. Đôi khi người ta đồng nhất xanh nước biển và xanh da trời là một.

Khi nhìn từ không gian, hành tinh Trái đất thường được mô tả là một chấm màu xanh lam nhạt, nhưng thực ra chỉ có các vùng các đại dương của Trái đất mới xuất hiện màu xanh lam. Các lục địa, mây và chỏm băng hoàn toàn không có màu xanh lam; chính các đại dương, chứ không phải bầu khí quyển, đã tạo nên vẻ ngoài tổng thể cho hành tinh của chúng ta.

Trong hàng nghìn năm, loài người phải đơn giản chấp nhận những đặc tính này của thế giới chúng ta như những sự thật hiển nhiên. Nhưng với những tiến bộ của khoa học hiện đại, ta đã hiểu tại sao đại dương có màu xanh lam.

Thật vậy, nếu bạn quan sát hành tinh một cách kỹ càng, với góc nhìn, chẳng hạn như góc nhìn bạn có được từ không gian, bạn sẽ nhận thấy rằng các vùng nước mà chúng ta có không có màu xanh đồng nhất, mà thay đổi theo sắc thái của chúng dựa trên độ sâu của nước. Vùng nước sâu hơn có màu xanh đậm hơn; vùng nước nông hơn có màu xanh nhạt hơn.

Và nếu bạn nhìn kỹ vào một bức ảnh như bức ảnh bên dưới, bạn sẽ thấy rằng các vùng nước giáp với các lục địa (dọc theo thềm lục địa) có màu xanh lam nhạt hơn, đậm hơn so với vùng sâu và tối của đại dương.

Nếu bạn muốn có bằng chứng trực quan hơn về việc các đại dương vốn tự có màu xanh lam, bạn có thể thử lặn xuống dưới mặt nước và ghi lại những gì bạn nhìn thấy. Khi chúng ta làm điều này, chụp ảnh dưới nước với ánh sáng tự nhiên, tức là không có bất kỳ nguồn sáng nhân tạo nào, chúng ta có thể thấy ngay rằng mọi thứ đều có tông màu hơi xanh.

Càng xuống sâu, khi chúng ta đạt đến độ sâu 30 mét, 100 mét, 200 mét và hơn thế nữa, mọi thứ xuất hiện càng xanh hơn. Điều này rất có ý nghĩa nếu ta nhớ rằng nước, giống như bầu khí quyển, cũng được tạo thành từ các phân tử có kích thước hữu hạn: nhỏ hơn bước sóng của bất kỳ ánh sáng có thể thấy nào. Nhưng ở đây, ở độ sâu của đại dương, tính chất vật lý của sự tán xạ có một chút khác biệt.

Thay vì tán xạ theo kiểu bầu khí quyển dễ dàng cho ánh sáng đi qua, đại dương vốn đầy nước chủ yếu hấp thụ (hoặc không hấp thụ) ánh sáng. Nước, giống như tất cả các phân tử, có ưu tiên về bước sóng mà nó có thể hấp thụ. Đúng vậy, nước có thể dễ dàng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại, tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy màu đỏ.

Điều này có nghĩa là nếu bạn đi xuống một độ sâu vừa phải, bạn sẽ không cảm thấy nhiều sự nóng lên từ Mặt trời vốn do ánh sáng có bước sóng ngắn cung cấp, bạn sẽ được bảo vệ khỏi bức xạ tia cực tím và mọi thứ sẽ bắt đầu chuyển sang màu xanh khi ánh sáng đỏ bị lấy đi. Đi xuống sâu hơn một chút, màu cam cũng biến mất.

Sau đó, màu vàng, xanh lục và tím bắt đầu bị chặn lại. Khi chúng ta đi xuống độ sâu hàng cây số, cuối cùng thì ánh sáng xanh mới biến mất.

Đây là lý do tại sao độ sâu đại dương sâu nhất xuất hiện màu xanh lam đậm, bởi vì tất cả các bước sóng khác đều bị hấp thụ. Màu xanh đậm nhất, thứ duy nhất trong số tất cả các bước sóng, có xác suất bị phản xạ và phát lại ra ngoài cao nhất. Như hiện tại, suất phản chiếu trung bình toàn cầu (thuật ngữ kỹ thuật cho hệ số phản xạ) của hành tinh chúng ta là 0,30, nghĩa là 30% ánh sáng tới bị phản xạ trở lại không gian. Nhưng nếu Trái đất hoàn toàn là đại dương nước sâu, suất phản chiếu sẽ chỉ là 0,11. Đại dương thực sự hiệu quả trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời!

Bầu trời và đại dương hoàn toàn không có màu xanh vì sự phản chiếu; cả hai đều có màu xanh lam, nhưng mỗi thứ lại xanh theo cách khác nhau, độc lập với nhau. Nếu giả sử trái đất chúng ta không còn đại dương, con người trên bề mặt hành tinh vẫn sẽ nhìn thấy bầu trời xanh và nếu bầu khí quyển biến mất thì khi nhìn hành tinh của chúng ta từ không gian, ta vẫn thấy Trái đất có màu xanh.

Đối với bầu trời, ánh sáng mặt trời màu xanh tán xạ dễ dàng hơn và đến với chúng ta một cách gián tiếp từ nơi ánh sáng mặt trời chiếu vào bầu khí quyển. Đối với các đại dương, ánh sáng ta có thể thấy có bước sóng dài hơn dễ bị hấp thụ hơn, vì vậy chúng càng đi sâu xuống thì ánh sáng còn lại càng có màu xanh đậm hơn. Bầu khí quyển màu xanh lam có thể phổ biến đối với các hành tinh, vì Thiên vương tinh và Hải vương tinh đều sở hữu chúng, nhưng Trái đất chúng ta là hành tinh duy nhất được phát hiện có bề mặt màu xanh lam. Có lẽ đến khi chúng ta tìm thấy một hành tinh khác có nước lỏng trên bề mặt, thì ta mới có thể nhận ra Trái đất không phải là hành tinh xanh duy nhất.

Anh Tú (dịch)