結論からいうと、湖の色が青や緑、茶色など違って見えるのは、水そのものの光の吸収に加えて、植物プランクトン、土砂、溶けた有機物、細かな鉱物粒子などが光を吸収・散乱し、湖から目に戻ってくる光の色が変わるからです。 さらに、水深、湖底の明るさ、太陽の位置、雲、波、見る角度によっても見え方は変わります。
つまり、湖の色は単純に「水に色がついている」だけではありません。水の中に何があるかと、光が湖の中でどのように進み、どの色が目に届くかが組み合わさって決まります。
湖の色は「目に戻ってくる光」で決まる
太陽光には、赤、橙、黄、緑、青などさまざまな波長の光が含まれています。
その光が湖面に届くと、一部は水面で反射し、一部は水の中へ入ります。水中へ入った光は、水そのものや水中の粒子・物質に吸収されたり、別方向へ散乱したりします。
そして、散乱や反射によって再び湖面から外へ出てきた光のうち、私たちの目に届いたものが「湖の色」として見えます。
そのため、同じ湖でも、水中に含まれる物質や光の条件が変われば色も変わって見えます。
透明で不純物が少ない水は青く見えやすい
USGSは、溶けている物質や懸濁物が少ない透明な自然水は青く見えやすいと説明しています。
水は可視光をすべて同じように通すわけではなく、長い距離を光が進むと色ごとの吸収の違いが現れます。その結果、赤色側の光が相対的に弱くなり、青色側の光が目立ちやすくなります。
ただし、小さなコップに入れた水では光が進む距離が短いため、ほとんど無色に見えます。深く透明な湖では光が水中を長く進むため、この差が見えやすくなります。
したがって、「青い湖は空の青だけを映している」という説明では不十分です。空の反射も影響しますが、水の内部で起こる吸収や散乱も重要です。
植物プランクトンが増えると緑色に見えやすい
湖が緑色に見える代表的な原因は、植物プランクトンです。
植物プランクトンには、光合成に使うクロロフィルなどの色素があります。NOAAは、クロロフィルaを多く含む植物プランクトンが増えると、水面から見える光の色が青から緑寄りへ変化しやすいと説明しています。
国立環境研究所の摩周湖の観測でも、植物プランクトンが少なく透明度が高い時期には独特の青色が見られる一方、夏に植物プランクトンが増えて透明度が下がると、湖水の色がやや緑色へ変化することが確認されています。
つまり、青い湖と緑の湖の違いは、単なる景色の違いではなく、湖内の生物量や透明度の違いを反映している場合があります。
アオコが発生すると鮮やかな緑になることもある
窒素やリンなどの栄養塩が多い湖では、藍藻類などが大量に増殖し、湖面が濃い緑色になることがあります。
この現象は一般にアオコと呼ばれます。
アオコが発生すると、水面に緑色の粉をまいたように見えたり、筋状や塊状に集まったりします。風によって一方の岸へ吹き寄せられるため、同じ湖でも場所によって色が大きく違うことがあります。
このような緑色は、透明な水そのものの色ではなく、大量の微生物や色素が光を吸収・散乱することで生じています。
茶色や黄色は腐植物質や土砂の影響で生じる
湖が茶色や黄褐色に見えることもあります。
USGSによると、落ち葉、植物の根、泥炭などが分解されてできる溶存有機物は、水を黄色から茶色に見せることがあります。紅茶のような色になる湖や湿地の水は、このような物質の影響を受けている場合があります。
また、大雨の後に流域から細かな土や粘土が流れ込むと、水中の懸濁物が光を散乱し、黄色、茶色、灰色などに見えることがあります。
同じ茶色でも、「水に溶けた有機物が多い」のか、「細かな土砂が浮いている」のかで原因は違います。
白っぽい青やターコイズ色は細かな鉱物粒子で生じることがある
湖によっては、透明感のある青ではなく、乳白色を帯びた青やターコイズ色に見えることがあります。
このような色には、非常に細かな鉱物粒子が関係する場合があります。
群馬県の四万湖を調べた研究では、水中に存在する微細なアロフェン粒子が太陽光を散乱し、青色の呈色に寄与していると報告されています。
つまり、「青い湖」といっても、すべてが同じ仕組みで青いわけではありません。水自体の光学的性質が強く現れる湖もあれば、微粒子による散乱が青色を強める湖もあります。
湖底の色や水深でも見え方は変わる
浅い湖では、太陽光が湖底まで届き、湖底で反射した光が水面まで戻ってくることがあります。
湖底が白い砂や明るい岩でできていれば、明るい青や緑に見えやすくなります。反対に黒い泥や暗い岩が多ければ、同じ水質でも暗く見えることがあります。
また、水深が深くなるほど光が水中を進む距離が長くなり、吸収や散乱の影響も大きくなります。
そのため、岸辺では黄緑色や透明に見え、沖の深い場所では濃い青に見える湖もあります。
空の色は湖面に映るが、それだけでは湖の色を説明できない
湖面は鏡のように空や雲を反射します。
青空の日には空の青が湖面に映り、曇りの日には灰色っぽく見えることがあります。夕方には赤や橙の光が反射することもあります。
しかし、空の反射だけが湖の色を決めるなら、どの湖も同じ空の下では同じ色になるはずです。実際には隣り合う湖でも色が違うことがあります。
これは、水中の光吸収・散乱、水深、湖底、水中物質などが湖ごとに異なるためです。
見る角度によって「反射」と「水中からの光」の割合が変わる
湖を岸から斜めに見ると、水面反射の影響が大きくなりやすく、空や周囲の山が強く映ります。
一方、高い場所から水面を見下ろすと、水中から戻ってくる光の割合が相対的に分かりやすくなる場合があります。
そのため、展望台から見た湖と、湖岸で水面すれすれから見た湖では、同じ時間でも色が違って感じられることがあります。
偏光サングラスをかけると水面反射が減り、水中の色が見やすくなるのも、この反射光の性質によるものです。
太陽の高さや雲でも色は変わる
太陽が高い昼と、低い朝夕では、水面へ入る光の角度と量が違います。
また、晴天と曇天では光の方向性や明るさが変わります。
そのため、同じ湖でも午前と午後、晴れと曇りで、青の濃さや緑の鮮やかさが違って見えることがあります。
写真ではさらに、カメラの露出、ホワイトバランス、偏光フィルター、画像補正によって実際の目視とは違う色になることがあります。
雨の後に色が変わるのは流入物が増えるから
大雨が降ると、流域から湖へ入る水量が増えます。
その水は土砂、腐植物質、栄養塩などを運び込みます。細かな土砂が多ければ茶色や灰色に濁り、栄養塩の増加が後に植物プランクトンの増殖につながることもあります。
湖へ流れ込んだ濁水がすぐ全体へ均一に混ざるとは限らないため、流入口付近だけ茶色く、湖心は青いという色分けが見えることもあります。
風や湖流によってその水塊が移動すれば、数日間で色の分布も変化します。
季節によって青から緑へ変わる湖もある
季節変化も湖の色を変える重要な要因です。
春から夏にかけて日射や水温が上がると、植物プランクトンが増える湖があります。すると透明度が低下し、青色だった水が緑色寄りに見えることがあります。
摩周湖の長期観測では、冬から春に透明度が高く、夏に植物プランクトンが増えることで透明度が低下し、青い色が緑寄りになる季節変化が報告されています。
つまり、「この湖は青い湖」と呼ばれていても、一年中同じ色とは限りません。
湖の色は水質を知る手がかりにもなる
湖の色は見た目だけの特徴ではありません。
植物プランクトン、懸濁物、溶存有機物などが色に影響するため、色の変化は水質の変化を知る手がかりになります。
人工衛星による水質観測でも、水面から戻ってくる青・緑・赤など複数波長の光を測定し、クロロフィル量や濁りなどを推定する方法が使われています。
ただし、同じ色でも原因が一つとは限りません。緑色は植物プランクトンだけでなく、懸濁粒子や湖底反射の影響を受ける場合があります。
そのため、正確な水質評価には色だけでなく、水質分析や透明度測定などを組み合わせる必要があります。
「青い湖ほどきれい」とは限らない
透明度が高く栄養塩が少ない湖は青く見えやすいため、「青い湖＝水質がよい」と感じることがあります。
しかし、色だけで安全性や水質を判断することはできません。
微細な鉱物粒子によって青く見える湖もありますし、透明でも目に見えない化学物質や微生物が含まれる可能性があります。
逆に、自然由来の腐植物質で茶色い湖でも、それが直ちに人為的な汚染を意味するわけではありません。
湖の色は重要な環境情報ですが、「見た目の美しさ」と「飲用可能か」「汚染されているか」は別に考える必要があります。
湖の色を左右する主な要因を整理すると
- 水そのもの：透明で不純物が少ない深い水は青く見えやすい
- 植物プランクトン：クロロフィルなどの色素で緑色が強くなることがある
- 溶存有機物：腐植物質などで黄色・茶色になることがある
- 懸濁土砂：粘土や泥で茶色・灰色・黄色に見えることがある
- 鉱物微粒子：光の散乱によって乳青色やターコイズ色になる場合がある
- 水深と湖底：深さや底質の明るさで色の濃さが変わる
- 空と太陽：水面反射、太陽高度、雲で見え方が変わる
- 季節・天候：藻類量、濁り、流入物が変化するため同じ湖でも色が変わる
まとめ
湖の色が青や緑など違って見えるのは、水中で光が吸収・散乱される仕方が、植物プランクトン、土砂、有機物、鉱物粒子、水深などによって異なるからです。
- 透明で溶存・懸濁物が少ない水は青く見えやすい
- 植物プランクトンが多いと緑色寄りになりやすい
- 腐植物質は黄〜茶色、土砂は茶〜灰色などを生むことがある
- 細かな鉱物粒子の散乱で鮮やかな青色になる湖もある
- 水深や湖底の色も見た目を変える
- 空の反射は影響するが、それだけが湖の青さの原因ではない
- 季節、雨、風、太陽の位置によって同じ湖でも色は変わる
つまり、湖の色は「水・生物・土砂・光」がつくる総合的な見え方です。 青、緑、茶、乳青色といった違いには、それぞれ湖の透明度、生物量、流域からの物質、地質、光環境などの情報が映し出されています。
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