La » couleur » de l’océan est déterminée par les interactions de la lumière incidente avec les substances ou particules présentes dans l’eau. La lumière blanche du soleil est constituée d’un spectre de longueurs d’onde (environ 400-700 nm), que les gouttelettes d’eau dispersent en un spectre continu de couleurs « arc-en-ciel ». De grandes quantités d’eau, même dans une piscine, apparaîtraient également bleues.
Lorsque la lumière brille à la surface de l’eau, les différentes couleurs sont absorbées, transmises, diffusées ou réfléchies à des intensités différentes par les molécules d’eau et d’autres constituants dits optiquement actifs en suspension dans la couche supérieure (appelée zone épipélagique ou photique) de l’océan. La raison pour laquelle les eaux de la haute mer apparaissent bleues par temps clair à midi est due à l’absorption et à la diffusion de la lumière. Les longueurs d’onde du bleu sont diffusées, comme la diffusion de la lumière bleue dans le ciel, mais l’absorption est un facteur beaucoup plus important que la diffusion pour l’eau claire de l’océan. Dans l’eau, l’absorption est forte dans le rouge et faible dans le bleu, et le rouge est donc rapidement absorbé dans l’océan, laissant place au bleu. La quasi-totalité de la lumière solaire qui pénètre dans l’océan est absorbée, sauf très près des côtes. Les longueurs d’onde du rouge, du jaune et du vert sont absorbées par les molécules d’eau dans l’océan.
Lorsque la lumière du soleil frappe l’océan, une partie de la lumière est réfléchie directement, mais la plus grande partie pénètre la surface de l’océan et interagit avec les molécules d’eau qu’elle rencontre. Les longueurs d’onde du rouge, de l’orange, du jaune et du vert sont absorbées, et la lumière restante que nous voyons est donc composée des longueurs d’onde plus courtes des bleus et des violets.
Toutes les particules en suspension dans l’eau augmentent la diffusion de la lumière. Dans les zones côtières, le ruissellement des rivières ; la remise en suspension du sable et du limon du fond par les marées, les vagues et les tempêtes ; et un certain nombre d’autres substances peuvent modifier la couleur des eaux proches du rivage. Certains types de particules peuvent également contenir des substances qui absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière, ce qui en modifie les caractéristiques. Par exemple, les algues marines microscopiques, appelées phytoplancton, ont la capacité d’absorber la lumière dans la région bleue et rouge du spectre, grâce à des pigments spécifiques comme la chlorophylle. Par conséquent, lorsque la concentration de phytoplancton augmente dans l’eau, la couleur de l’eau se déplace vers la partie verte du spectre. Les fines particules minérales comme les sédiments absorbent la lumière dans la partie bleue du spectre, ce qui fait que l’eau devient brunâtre en cas de charge massive de sédiments.
La plus importante substance absorbant la lumière dans les océans est la chlorophylle, que le phytoplancton utilise pour produire du carbone par photosynthèse. La chlorophylle, un pigment vert, fait que le phytoplancton absorbe préférentiellement les parties rouge et bleue du spectre lumineux et reflète la lumière verte. Les régions océaniques à forte concentration de phytoplancton présentent des nuances de bleu-vert en fonction du type et de la densité de la population phytoplanctonique qui s’y trouve. Le principe de base de la télédétection de la couleur des océans depuis l’espace est que plus il y a de phytoplancton dans l’eau, plus elle est verte.
Il existe d’autres substances qui peuvent être trouvées dissoutes dans l’eau et qui peuvent également absorber la lumière. Comme ces substances sont généralement composées de carbone organique, les chercheurs les désignent généralement sous le nom de matières organiques dissoutes colorées.
La couleur de l’océan depuis l’espace, c’est la couleur de l’eau.