冰和水都是透明的，那为什么雪看上去就是白色的？

源济

冰和水都是透明的，那为什么雪看上去就是白色的？

知乎日报  2022-01-07 21:00

题图来源：《冰川时代2：融冰之灾》

编辑：粉色的兔子

大家有没有想过一个问题：冰、水和雪都是由水分子组成的，但前两者看上去是透明的，而后者却是白色的，这是为什么呢？

冰和水都是透明的，那为什么雪看上去就是白色的？

答主：Vincent Miniz（2k+ 赞同）

这个问题的答案也许并没有想象中的那样简单，因为材料的光学性能有很多影响因素。

当一束光射入一个物体，会发生吸收，反射，散射等过程。

首先是吸收，下图是水分子的吸收光谱：

怎么就这么巧，在可见光范围内，水分子对于光线的吸收几乎可以忽略不计，这就是为什么水和冰呈现透明的状态。

但是，如果我们的眼睛像蝙蝠一样能看见红外线，那么水和冰就并非是透明的了。

然而实际上，即便水分子对可见光的吸收微乎其微，水分子间的氢键还是会更多吸收红色光谱方向的光线，从而使蓝色光谱方向的光线更多显现。

所以，海洋和一些巨大的冰块才会呈现蓝色。很多人错误地将海洋和冰川的蓝色归结为蓝天的反射，其实两者并没有一毛钱关系。

再就是散射，材料中的散射主要来自于界面。宏观的冰是一种多晶，X 射线衍射表明冰是属于六方晶系的晶体，不同取向的晶粒之间的晶界以及冰晶中的杂质和气泡形成的界面都会或多或少地散射掉一部分入射光线，所以一般来说冰并非是完全透明的，普遍都会是雾蒙蒙的。

同理，如果你用力敲击一块冰的表面而引入细小裂纹，这些大量的界面会严重散射掉光线。

雪花，是在空气中由水蒸气直接凝华形成的一种层片状材料（下图），每一片雪花都是由成百上千个随机取向的微小冰晶构成的，冰晶之间存在大量界面，射入的光线被界面不停地无差别散射最终返回观察者的眼睛，所以呈现洁白的颜色。

最后插播一个彩蛋，其实要得到完全清澈的冰晶也不是完全没可能的，当水的冷却速率足够慢，水中的气泡和杂质就有足够的时间扩散到表面溢出，同时低冷却速率也有助于形成尺寸较大的晶粒从而减少晶界数量，这样我们就能看到和水一样清澈透明的冰啦~