20230714/蓝绿棕紫红……为什么湖泊会有不同的颜色?

(星星生活/捷克佳)无论湖泊、池塘,还是河流、小溪,人们喜欢逐水而居,逐水而行。亲近水的需求各不相同。对于某些人来说,这是幸福的一个要素,而对于另一些人来说,这是一种享受自然的感觉。

先从一则有关池塘变色的新闻谈起。

多伦多新近建成的爱情公园(Love Park)是一个新晋“网红打卡地,这个位于York St和Queen’s Quay的公园池塘呈爱心的形状。

不过,开放了不到三周,人们发现,池塘里的水从最初的清澈见底到如今因藻类繁殖已变成了绿色。

市府对媒体回应说,出现变色水是正常现象,因为公园的的生物过滤器正在按计划进行调试。

“计划调试过程的一部分是了解导致不平衡的原因并根据需要进行调整。在这个平衡期预计会出现一些绿化,随着调整的进行,绿化预计会消退,系统达到稳定。”

当人们看到无色或清澈的蓝色变成另一种颜色时,无论是绿色、棕色、黄色还是红色,可能会令人感到震惊。一系列自然和人为条件可能导致地表水的颜色变化。池塘湖泊的颜色可能会在一年中的不同时间发生变化,具体取决于有机投入、养分循环、温度和落叶。

密歇根州立大学的研究人员Beth Clawson和Lois Wolfson表示,根据美国地质调查局(USGS)的数据,虽然纯净水的颜色看起来很清澈,但实际上它带有轻微的蓝色调。自然颜色部分是由于光的穿透和吸收造成的。

诸如蓝色和紫色的较短波长比红色或橙色光的较长波长被偏转和散射更多。散射导致我们看到蓝色。较短的波长也往往会进一步渗透到水中,而较长的波长则在水的上部被吸收。水色还受到水中溶解矿物质、悬浮沉积物和漂浮浮游生物的影响。


【安省箭头(Arrowhead)省立公园呈酒红色的河流。摄影:捷克佳】

常见的颜色:酒红色或黄色/橙色或茶色来自落叶的单宁,主要来自橡树。浑浊/泥泞来自淤泥/粘土搅拌底部或最近降雨事件的沉积物。绿色来自藻类的繁殖。

来自不同藻类的其他颜色包括:来自某些浮游藻类的黄绿色。豌豆汤绿色来自蓝绿藻,当数量过多时会形成浮渣。金色/棕色来自硅藻和金棕色藻类。红色斑块来自微小甲壳类动物如水蚤。

不太常见的颜色:紫色/粉色/红色来自紫色硫细菌。红色和棕色来自铁细菌粘液或硫细菌。黑色或灰色来自锰或反射池染料,具体取决于位置。亮蓝色来自用于高尔夫球场池塘、公园和喷泉的池塘染料。

迈阿密大学的凯文•罗斯(Kevin Rose)撰文解释说,对湖泊而言,有多种大小和形状,但湖泊最明显的特征通常是它的颜色。

湖泊之间的颜色或透明度差异可能相当惊人,但即使对于单个湖泊,颜色也会随着时间的推移而发生变化。湖泊颜色可以告诉您有关水体的许多信息(如包括营养物负荷、藻类生长和水质)以及周围景观。


湖泊颜色主要分为三类:蓝水湖、绿水湖和棕水湖。湖泊的颜色提供了有关水质的重要信息。藻类和其他有机物质含量低的清澈湖泊通常呈蓝色(左),而营养物质和藻类含量高的湖泊呈绿色(中),周围森林茂密的流域、湿地或沼泽的湖泊可能呈棕色(右)。

蓝水湖泊

蓝水湖泊含有低浓度的藻类和其他物质,导致湖水透明度高、颜色深蓝色。水分子吸收较长的可见波长(如红光,600-700nm),而较短的蓝色波长(<500nm)则深入水柱。这些短波长发生散射,在清澈的湖泊中形成深蓝色。 蓝色湖泊常见于土壤快速排水和湖泊流域较小的地区。这些湖泊的藻类生长速度通常非常低,除非湖泊放养,否则鱼类的生存量很少。 一些湖泊的深蓝色证明了水的原始特性和周围流域的人类影响较小。这些优质水体往往是当地保护工作的重点。
【太浩湖是蓝水湖的典型例子。图源:Jeremy Mack】

绿水湖泊

绿水湖泊通常含有高浓度的含叶绿素藻类,可以使水呈绿色。叶绿素可以使用YSI叶绿素探头等传感器进行测量。

绿色湖泊通常是富营养化的,并且通常比其他类型的湖泊含有更多有害藻类。农业或化粪池系统故障等活动可以通过作为藻类肥料的养分输入来增加湖泊的绿色。

绿色湖泊的高生产力通常能够养活更多的鱼类,但恶劣的水质条件会在炎热的夏季降低溶解氧水平;这些条件会导致鱼类死亡,因为氧气下降得太低,鱼类无法生存。


【许多湖泊的绿色来自于含有高浓度叶绿素的藻类。图源:加州大学洛杉矶分校环境与可持续发展研究所。】

棕水湖泊

单宁是使水呈现淡茶色或酒色的另一个罪魁祸首。单宁是树叶和木头落入水中分解的结果。通常,棕色湖泊周围环绕着森林或湿地。茂密的森林提供深色有机物质,可以像袋泡茶一样溶解在湖水中。

作为一种弱酸,单宁可以降低水的pH值,尽管大多数冰川湖和池塘有足够的缓冲作用来缓和任何主要的pH值变化。

总体而言,棕水湖往往光线有限。这些湖泊中的藻类通过某些适应生存,使它们能够适应低光照水平。这些湖泊有时也呈酸性,并且含有很少的鱼或其他生物。


【森林和湿地形成的类似茶的物质使许多湖泊变成棕色,如新罕布什尔州的肘池(Elbow Pond),这是一个酸性棕水湖。图源:新罕布什尔州森林和土地局。】

紫色或粉红色湖泊

密歇根州立大学的研究人员指出,紫色或粉红色可能意味着水已经失去了底层水中的氧气,为紫色硫细菌提供了在水中生长所需的条件。

添加喷泉或增氧机将有助于给水增氧,但也可能会搅动沉积物。必须小心避免使问题变得更糟。

湖泊会变色吗?

自然和人类活动都会导致湖泊颜色和透明度的变化。湖泊周围社区的发展或农业肥料的使用通常会降低水的透明度并增加养分,使湖泊从蓝水变成绿水。随着时间的推移,湖泊也会自然地变得更加富营养化和绿色。

在湖泊几个世纪的演变中,营养物质、沉积物和植物物质慢慢积累。这种自然过程比人类影响造成的变化要慢得多。

虽然人类的影响经常使湖泊从蓝色变为绿色,但养护和保护可以改善湖泊的透明度和颜色。

在水质因污染、富营养化或土地利用变化而退化的地区,通过加强法律和分区来改善水质的社区行动可以改善水质并将湖泊从绿水变成蓝水。然而,这个过程通常很困难,因为湖泊往往保持其当前存在的颜色状态。

随着季节的变化,湖泊的颜色也会发生变化。在许多湖泊中,春季藻类快速生长,呈现出绿色。然而,随着浮游生物的出现并消耗藻类,这个时期之后通常会出现清水阶段(即蓝水湖)。清水阶段的长度可能会有所不同,并由水生生物之间的生态相互作用决定。

此外,阳光可以漂白有机物,就像长时间放置在室外的材料会漂白和褪色一样。白化通常随着白天的长度而变化,当最白化发生在夏至前后时,湖泊可以是最透明的(如颜色最蓝)。

学者指出,保持一个健康良好的水循环可以让人们多年无忧的享受。简单的技巧包括维护缓冲带、减少养分和沉积物径流,以及维持鱼类栖息地的植物生命和健康的生态系统。