旅先で目にする海の色は、なぜ場所によって鈍い鉛色から鮮烈なコバルトブルー、あるいは宝石のようなエメラルドグリーンへと表情を変えるのでしょうか。その背景には、光の散乱物理学と海底の鉱物組成という明確なエメラルドグリーンの海理由が存在します。
太陽光は赤から紫までの可視光線を含んでいますが、水分子は波長の長い赤い光を急速に吸収する性質を持ちます。水深が深くなるにつれて赤色の成分は失われ、波長が短く散乱しやすい青色の光だけが残って海中を乱反射するため、水深のある海は深い青色に見えます。これが「レイリー散乱」および水分子本来の光吸収特性による発色です。
一方、浅瀬で鮮やかなエメラルドグリーンが出現するためには、3つの決定的な自然条件が揃わなければなりません。
第一に、貧栄養水塊であることです。生活排水や大きな河川からの濁流が流れ込むと、海水中に植物プランクトンや有機懸濁物質が大量発生し、光を濁らせて緑褐色に変色させます。黒潮や対馬海流のような外洋水は栄養塩が極めて少なく、プランクトンがほとんど繁殖しないため、驚異的な透明度を保ちます。
第二に、海底の砂の質です。一般的な本州の海岸は泥や岩石が削れた黒っぽいケイ酸塩の砂が多く、光を吸収してしまいます。しかし、角島や奄美・沖縄の海、さらには一部の伊豆の入り江では、貝殻やサンゴ片、有孔虫の遺骸が砕けた炭酸カルシウムを主成分とする真っ白な砂、あるいは花崗岩由来の純度の高い石英砂が海底を覆っています。この白い砂が天然の反射板の役割を果たし、海底に届いた太陽光を上向きに力強く跳ね返すのです。
第三に、水深と日照角度の関係です。水深が数メートル程度の浅瀬に白い海底が広がり、正午前後（午前11時から午後2時頃）の高い太陽高度から太陽光が垂直に差し込むと、水分子に青い光が散乱されつつ、海底から反射した黄色寄りの光と混ざり合い、人間の網膜には輝くようなエメラルドグリーンとして結像します。
