水化学成分的来源与形成—二氧化碳形成优质水
2021-02-23 16:47:36   来源：一闻网   评论：0 点击：

 

　　水溶解性好，因此水不是纯水，不是简单的H2O ，而是溶有矿物质的天然溶液。为此，苏联地球化学家维·伊·维尔纳德斯基(1887 ～ 1973年) 形象地把一滴水比作一个微型宇宙。此意指的是，一滴水中几乎包含了宇宙中一切元素，地壳岩石含有的元素中，目前天然水中几乎都已发现。

 

 

　　水中矿物质以离子形式存在，有利于生物体吸收，是人体必须的矿物质来源之一，他主要来源于水对岩石矿物的溶解。岩石中含量多易溶解的元素，水中也多，他们构成水的主要的离子组分；含量少的元素，水中也少，他们构成水的微量组分。但也有例外，岩石中的硅、铝和铁在氧后，它们的含量很高，分别居第二位到第四位，但他们构成的矿物难溶于水，不构成水的主要组分，而是微量组分。

 

　　水溶解易溶岩石矿物形成劣质水。岩石中含量比较多，但比硅、铝和铁少很多的钾钠钙镁等元素，它们组成的氯化物、硫酸盐等矿物的溶水性好，能溶于水生成氯离子（Cl-）、硫酸根离子（SO42-）和钾钠离子离子（K+、Na+）及鈣镁离子(Ca2+、Mg2+)。

 

　　水溶解易溶矿物生成的水化学成分，矿物质含量高，口感差有苦咸味，还含有许多不利于健康的鈉钙离子，水质差有的甚至不宜饮用。

 

　　二氧化碳的魔变术—优质饮用水与水垢的形成。地球上大面积分布的碳酸盐类岩石石灰岩（CaCO3）和白云岩（MgCO3）不溶于水，但能溶解于含二氧化碳的水中。溶于水中的二氧化碳像魔术师，能把碳酸盐变去变来。二氧化碳分成两部分：一部分溶解碳酸盐生成重碳酸根离子（HCO3-）和鈣镁离子(Ca2+、Mg2+)，并把他们隐藏在水中；另部分负责保驾陪伴重碳酸根离子。此部份二氧化碳也好逸恶劳，一有风吹草动（水溫或压力的变化）便逃逸，魔术师就把隐藏在水中的重碳酸根离子和鈣镁离子变回为碳酸盐而沉淀出来。这就是附在开水壶底的白色沉淀物—“水垢”。

 

　　水中二氧化碳含量一般不多，同时其中一部分负责保驾陪伴重碳酸根离子，都限制了水溶蚀碳酸盐类岩石的作用，形成低矿物质含钙镁离子的水，水微甜可口，是优质饮用水。

 

　　含碳酸钙镁过高的水：用以烹调，降低营养价值；用以洗涤，浪费洗涤剂；用以饮用，动物试验表明，可促进泌尿系统结石的形成。饮碳酸钙镁适当的水有利于健康 ，可防心血管疾病。现行的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定碳酸钙镁的限量为 450 毫克/ 升(以 CaCO3计，合Ca2+ 114毫克/升)。健康水要求碳酸钙镁 50～100 毫克/升(以 CaCO3计，合Ca2+ 12.7～25.4毫克/升)为好。

 

　　地球上广泛分布的花岗岩，同样也难溶于水，但在含二氧化碳水的风化溶蚀作用下能分解成重碳酸根离子和鈉鉀离子。

 

　　水化学成分与其形成作用。元素从岩石转入水中后，再通过后继的水化学成分形成作用—离子交换作用、脱碳酸作用、生物化学作用、蒸发浓缩作用、稀释作用、及混合作用等改变水来自岩石的化学成分，逐渐形成水复杂的化学成分。水中氯离子、硫酸根离子和重碳酸根离子等三种阴离子构成水的主要阴离子组分；水中钾钠钙镁等四种阳离子构成水的主要阳离子组分。水中钾离子比鈉离子少，镁离子比鈣离子少，因钾、镁离子易被植物吸收截留。

 

　　此外，水还含有数十种微量元素，含量虽然很少，但对人体健康的作用不可忽视，世界卫生组织（WHO）公布了14种微量元素是人体必需的，它们是铁、锌、铜、铬、锰、钴、氟、碘、硒、钒、镍、钼、锶和 锡。

 

　　此外，水化学成分的形成还受包括气候、地形地貌和地质等多种环境因素的影响。

 

 

　　水化学性质即水质主要由阴离子组分决定。因此，水化学分类时首先考虑的是主要的阴离子组分,其次才是主要的阳离子组分。参加分类的离子的毫摩尔的百分数（阴阳离子分别计算）必须大于或等于25，按多少顺序排列。水化学类型按主要的阴离子组分可分为：以重碳酸根离子为主的单一的重碳酸型水；以硫酸根离子为主的单一的硫酸型水（自然界少见）；以氯离子为主的单一的氯化物型水和2种或3种阴离子皆有的混合型水。水化学类型决定水矿物质的种类和含量,有如下变化规律：从单一的重碳酸型水逐渐变化到复杂的混合型水再复变到单一的氯化物型水，水中氯化物、硫酸盐、鈉鈣逐渐增多，矿物质含量逐渐走高，水口感变差，水质从优逐渐变坏甚至不宜饮用，现行的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定饮用水的溶解性总固体（矿物质）的限量为1000毫克/升。

 

 

　　水化学类型除受岩石矿物成分控制外，还受控于气候等自然地理条件，特别是降水量，因降水直接影响岩层冲刷程度，即岩层中易溶矿物氯化物和硫酸盐的溶失程度。据降水量的变化，我国自南向北和自东向西，河水化学类型和矿物质含量有如下的变化规律：在降水量大于1600毫米的东南沿海地区，地层冲刷程度特好，只保留了难溶水的碳酸盐矿物和硅酸盐矿物，河水主要离子成分简单，矿物质含量很低，多小于100毫克/升，如闽江矿物质含量只有25.4毫克/升，水化学类型为单一的重碳酸-钙镁型； 在降水量1600～800毫米的长江流域和西南诸河流域以及黑龙江流域和松花江流域，地层冲刷程度也好，只保留了难矿物，水主要离子成分简单，矿物质含量低，在300毫克/升以内，如长江水矿物质含量129毫克/升，水化学类型为单一的重碳酸-钙镁型；在降水800～400毫米的黄河、淮河、海河和辽河地区，地层冲刷程度差，易溶矿物和难溶矿物共存，气候干燥蒸发强烈，河水矿物质含量走高，在200～500 毫克/升以内，主要离子成分复杂，如黄河水矿物质含量297毫克/升，为重碳酸硫酸-钠钙镁混合型水；在广大西北和內蒙古自治区，降水量小干400毫米，地层冲刷程度更差，易溶矿物和难溶矿物共存，气候干燥蒸发更強烈，河水矿物质含量高，大于 500 毫克/升。当矿物质含量 为 500～2000 毫克/升时，水化学组分复杂，出现混合型水； 当矿物质含量继续走高大于数克/千克时，水化学成分复变简，为氯化钠型水，如新疆塔里木河，水矿化度 31.7 克/千克，为単一的氯化钠型水。

 

 

　　二氧化碳是温室气体给地球人带来很多负面影响，而被视为“魔”，受到咒骂，但他为地球人送来优质饮用水，应点赞。只有优质水在煮沸过程中才能形成水垢，因此有人说，有水垢的水才是好水。此话只说对了一半，由于污染严重，优质水也不能生飲，只能烧成开水喝，烧开后有利于健康的鈣镁离子都生成水垢而全部消失了，还是好水吗？市售一些矿泉水为重碳酸-钙镁型的优质水，无污染安全卫生，能生飲，才是好水。如烧成开水泡茶喝，失去有利于健康的矿物质，可惜！（南京工业大学退休教师 贺大印）

 

　　参考文献： 贺大印.2016.神奇的水世界(修订版).北京：科学出版社