【正文】 離子交替吸附作用 ?當(dāng)天然水與巖石、土壤顆粒相互作用時(shí)，水中的離子與巖石、土壤表面吸附的離子之間，常常發(fā)生相互置換，從而引起天然水成分及其礦化度的變化，這種作用稱(chēng)為陽(yáng)離子交替吸附作用。 ? 膠體對(duì)各種陽(yáng)離子的吸附能力不同，并有如下順序： ? H+＞ Fe3+＞ Al3+＞ Ba2+＞ Ca2+＞ Mg2+＞ K+＞ NH 4+＞ Na+＞Li+ ? 特別是在地下水和海水中，陽(yáng)離子交替作用廣泛存在。 ?2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 ?12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe(SO4)3+2Fe2O3 ?CaS+CO2+H2O=CaCO3↓+H2S ?在油田地下水、河湖底泥中及封閉的海盆底部，水中的有機(jī)質(zhì)受脫硫細(xì)菌作用，也會(huì)產(chǎn)生同樣結(jié)果。 ? 在青藏高原有眾多的鹽湖，富集了大量的 KCl、 NaCl，有的富集了 Br、 I、 B、 Li、 Sr等，形成可供開(kāi)采的鹽湖資源。水化學(xué)分類(lèi)方法很多，其主要有如下分類(lèi)方法。 ?暫時(shí)硬度：指把水加熱煮沸以后，因脫碳酸作用而沉淀下來(lái)的鈣鎂離子總量。 ③ 然后，在每一組內(nèi)又按各種離子摩爾的比例關(guān)系，分為四個(gè)水型： ?Ⅰ 型：［ HCO3］＞［ Ca2++Mg2+］。 Ⅳ 型水是酸性水， pH＜ ，水中游離的 CO2和 H2CO HCO3的濃度為零。 ? 可見(jiàn)， ，又考慮了礦化度，各個(gè)基本類(lèi)型能大體反映地下水的形成過(guò)程。 ?降水普遍顯酸性 ?空氣中 CO2的含量為 ％，當(dāng)雨雪中飽和的 CO2達(dá)到電離平衡時(shí)，其 pH值為 ，故顯酸性。故降水落到地面便具有能使各種元素進(jìn)入水中的能力。通常按含量大小及其與海洋生物的關(guān)系，海水中的無(wú)機(jī)鹽分可分為三類(lèi)： ? （ 1）常量元素（大量元素、主要成分） ? 指海水中除 H、 O外，含量大于 1毫克 /升（ 1毫克 /千克、 1PPM濃度）的元素。如果準(zhǔn)確地測(cè)出各主要成分之間的濃度比值，則可通過(guò)測(cè)定海水中某一種或幾種主要成分的含量，推算出其它各種主要成分的含鹽量和海水的總含鹽量，這是建立海水鹽度與氯度關(guān)系的重要依據(jù)。原因是海水中的溶解鹽類(lèi)，氯化物含量最高，達(dá) %；其次是硫酸鹽，占 %；而其中氯化鈉占 %，氯化鎂占 %，含量很高。氮、磷、硅的化合物和有機(jī)質(zhì)也大量地被生物所吸收，故海水中這些物質(zhì)的含量也減少。 ? 1）、鹽度和氯度的定義 ? （ 1）鹽度 —— 海水中溶解鹽的濃度，指海水中溶解鹽的質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值，通常以每千克海水中所含溶解鹽的總克數(shù)來(lái)表示。 ? （ 3）鹽度和氯度的關(guān)系式 ? 克努森公式：鹽度＝ ＋ 氯度 ? 近年國(guó)際多采用公式：鹽度＝ 氯度 ??? A g XAg)IBr( C lX －－－－－ 、2）、鹽度的地理分布 ? 世界大洋的平均鹽度約 35 ‰ ，即標(biāo)準(zhǔn)海水的氯度為 ‰ ，但不同海區(qū)的鹽度是不一樣的，甚至同一海區(qū)在不同時(shí)間也有差異。 ? ③高緯海區(qū)的結(jié)冰和融冰 ? 結(jié)冰過(guò)程要排除鹽分，增加附近海區(qū)的鹽度；反之，融冰將降低海水鹽度。原因是南半球陸地面積小，尤其南緯 40176。其原因是：a、大西洋沿岸無(wú)高大山脈，大量水汽可毫無(wú)阻擋地被輸送到較遠(yuǎn)的地方，減少了直接降落到洋面的大氣降水和流入大西洋的大陸徑流。但多數(shù)情況是河水礦化度與水溫成正相關(guān)關(guān)系，即水溫增高，河水溶蝕能力增強(qiáng)，礦化度增高。 河水礦化度的年變化 ? 由于河流的各種補(bǔ)給水源的礦化度不同及它們?cè)诓煌竟?jié)所占比例發(fā)生變化，必將導(dǎo)致河水礦化度的季節(jié)性變化，而且河水礦化度的變化幅度比海洋、湖泊、地下水都大。 ? 4） .河水化學(xué)組成的時(shí)間變化明顯 ? 河水補(bǔ)給來(lái)源隨季節(jié)變化明顯，因而水化學(xué)組成也隨季節(jié)變化。 ?湖水與海水的化學(xué)成分不同，其主要離子之間并無(wú)恒定的比例關(guān)系，而是因自然條件的不同而不同。在干旱地區(qū)，湖面年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降水量，內(nèi)陸湖的入湖徑流全部耗于蒸發(fā)，導(dǎo)致湖水中鹽分積累，礦化度增大，形成咸水湖或鹽湖。地下水化學(xué)基本特點(diǎn)如下： ?、土壤空隙中，與巖石、土壤廣泛接觸，滲流速度很小，循環(huán)交替緩慢，而且地下水貯存于巖石圈上部相當(dāng)大的深度（ 10公里），構(gòu)成了地下水圈。然而地下水中 CO2的含量比較多，因?yàn)樯锏暮粑?、有機(jī)質(zhì)的分解，使土壤空氣中C02的含量可達(dá) 1— 7％。 ?，常需以地質(zhì)年代衡量。 （五）地下水的化學(xué)特征 ?地下水化學(xué)組成類(lèi)型之多，地區(qū)性差異之大，是其它天然水不可比的。 ? 不同類(lèi)型的湖泊，其地理分布具有地帶性規(guī)律。湖泊的形態(tài)和規(guī)模、吞吐?tīng)顩r及所處的地理環(huán)境，造成了湖水化學(xué)成分及其動(dòng)態(tài)的特殊性。其含量順序： ? 3） .河水化學(xué)組成的空間分布有差異性 ? 大的江河，流域范圍廣，流程長(zhǎng)，流經(jīng)的區(qū)域條件復(fù)雜，并有不同區(qū)域的支流匯入，各河段水化學(xué)特征的不均一性就很明顯。一般地，干旱地區(qū)因蒸發(fā)濃縮作用，河水礦化度比濕潤(rùn)地區(qū)高；巖溶地區(qū)，巖石土壤中含易溶鹽類(lèi)豐富的地區(qū)以及鹽漬土分布廣泛的地區(qū)，河水礦化度較高。 影響河流水化學(xué)的因素 1）河水理化性質(zhì) 河水的溶蝕能力與水溫、 CO2含量有關(guān)。大西洋西北部，溫暖而高鹽的灣流與寒冷面低鹽的拉布拉多寒流相遇；太平洋西北部，黑潮暖流與親潮寒流相遇，鹽度的水平梯度很大，有的竟達(dá)到每海里 ‰ 以上。南北回歸線附近，常年受副熱帶高氣壓帶和信風(fēng)帶控制，盛行下沉氣流，干燥少雨，但因緯度低，氣溫高，空氣飽和差大，蒸發(fā)旺盛，蒸發(fā)量 E大于降水量 P，蒸發(fā)量與降水量的差值（ E－ P）大，則海面鹽度高；赤道附近海區(qū)常年受赤道低壓帶和赤道輻合帶控制，降水量豐沛，降水量 P大于蒸發(fā)量 E，則鹽度較低；中高緯海區(qū)，因降水量 P大于蒸發(fā)量 E，鹽度值隨緯度增加而減小。 ? 鹽度＝ ＋ （ E－ P） ? ②洋流的性質(zhì) ? 暖流的水溫和鹽度較高，寒流的水溫和鹽度相對(duì)較低。 ? ? 生成鹵化銀沉淀物，因而所得的結(jié)果并非真正的氯含量，而包含溴和碘的量。 海水的鹽度和氯度 ? 從化學(xué)中知道，反映溶液溶質(zhì)含量大小，常用濃度表示。可是河水與海水在目前所含的鹽類(lèi)差別很大（表 115）。 ? 海水中的化學(xué)元素主要以離子形式存在，部分以不解離的無(wú)機(jī)化合物和氣體形式存在。因此，海水主要成分又稱(chēng)為保守成分。 1）、海水中的化學(xué)元素 ? 氫和氧是海水中最主要的元素。 ? 總之，降水礦化度最低。大氣水的化學(xué)成分和性質(zhì)有以下特點(diǎn)： ?在天然水中，雨水的礦化度較低 ?一般為 20— 50毫克 /升，在海濱有時(shí)超過(guò) 100毫克 /升。并且分類(lèi)時(shí)只考慮含量＞ 25%毫克當(dāng)量的主要離子成分。Ⅲ 型水包括高礦化度的地下水、湖水和海水。其分類(lèi)要點(diǎn)： ① 首先按占優(yōu)勢(shì)的陰離子將天然水分為三類(lèi)：重碳酸鹽類(lèi)（ C）、硫酸鹽類(lèi)（ S）、氯化物類(lèi)（ Cl）。分總硬度、暫時(shí)硬度和永久硬度三種。 ?作用結(jié)果：使礦化度降低， HCO3－ 含量減少，并出現(xiàn)石灰華、石泉華及溶洞中的各種堆積地貌（石鐘乳、石筍等）。因此蒸發(fā)濃縮作用的結(jié)果，不僅使礦化度增高，而且水中基本鹽類(lèi)的比例發(fā)生了變化，水化學(xué)類(lèi)型也發(fā)生改變，由重碳酸鹽水 → 硫酸鹽水 → 氯化物水。 還原作用和脫硫酸作用 ?在還原環(huán)境里，天然水若與含有機(jī)物的圍巖（油泥、石油等）接觸，或受到過(guò)量的有機(jī)物污染，碳?xì)浠衔锟梢允顾械牧蛩猁}還原。 氧化作用 ? 天然水中的氧化作用，包括使圍巖的礦物氧化和使水中有機(jī)物氧化。常見(jiàn)的粘土礦物，例如蒙脫石、伊利石、高嶺石吸附容量分別為 80、 30， 10摩爾 /100克。 ?產(chǎn)生地區(qū)：分布廣泛，尤其易溶巖分布地區(qū)。 各種溶解質(zhì)在天然水中的累積和轉(zhuǎn)化，是天然水的礦化過(guò)程。有的細(xì)菌可致病。其原因是：馬尾藻海處在亞熱帶海區(qū)的大洋中部，受大陸影響小，是一個(gè)海水下沉區(qū)域，表層海水缺乏營(yíng)養(yǎng)鹽分，浮游生物極少，因而顏色最藍(lán)，透明度最大。 （二） 海水的透明度 ? 海水的透明度，是表示海水透明程度的物理量，即海水的能見(jiàn)度。它取決于海水的光學(xué)性質(zhì)和光線的強(qiáng)弱，以及海水中懸浮質(zhì)和浮游生物的顏色，也與天空狀況和海底的底質(zhì)有關(guān)。在三大洋的南極海區(qū)，密度均很大，可達(dá) （ 27）以上。一般來(lái)講，海水的最大密度溫度低于 0 ℃ 。海水的密度狀況，是決定海流運(yùn)動(dòng)的最重要因子之一。 ? ① 0℃ 的冰密度為 ， 0℃ 的水密度為，則水從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)密度要減小，體積增加； ? ②水的最大密度溫度是 ℃ ， ℃ 時(shí)純水密度為 1；50℃ 水的密度為 。如在新火山地區(qū)，地下水溫可達(dá) 100℃ 以上；而在寒帶、極地及高山、高原地區(qū)，地下水的溫度很低，有的可低至 5℃ 。 ? 溫度特點(diǎn)： ① 年常溫帶的地溫相當(dāng)于當(dāng)?shù)仄骄乇頊囟?，略比?dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?1－ 2℃ ；而水溫與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁叵喈?dāng)。 ?原因：水的熱容量比巖土大，則變幅小。 ? 按地溫的垂直分布特點(diǎn)，可分為三個(gè)垂直帶，不同垂直溫度帶，水溫變化特點(diǎn)不同。高山、高原區(qū)湖泊水溫年變幅最小。 ? （ 1）日變 ? 水溫的日變以表層最明顯，隨深度的增加日變幅逐漸減小，最高水溫一般出現(xiàn)在每天的 14— 18時(shí)，最低水溫出現(xiàn)在 5— 8時(shí)，水溫日變幅在陰天和晴天之間的差別也較大 ，水溫日較差小于氣溫日變幅。 ②逆溫層： 當(dāng)湖溫隨水深的增加而升高時(shí)，即水溫垂直梯度成正值時(shí)，將出現(xiàn)上層水溫低，下層水溫高，但最高值不高于 4℃ 。又由于水的傳熱性能差，因此，大部分太陽(yáng)輻射能用于提高表層水溫，它是影響表層水溫的主要因素。 ?（ 3）解凍期（解凍階段） ?次年春季，氣溫回升到 0℃ 以上，冰蓋逐漸融化、破裂，形成許多冰塊，再次出現(xiàn)流冰，直至河冰全部消融，稱(chēng)為解凍。 ? 河流的冰情包括結(jié)冰、封凍和解凍的全過(guò)程。 ? 暖季，兩岸水溫高，由岸邊向河心、由河面向河底，水溫升高。 由于水的熱容量大，則上游來(lái)水的溫度和水量將對(duì)河流水溫起著重要作用。原因是水的熱容量大。則海面和海水內(nèi)部均可結(jié)冰，但大洋中部不易結(jié)冰，邊緣海區(qū)容易結(jié)冰。 （ 2）當(dāng)海水鹽度 S＞ 10－ 3時(shí) ? 其結(jié)冰過(guò)程非常困難緩慢。當(dāng)海水的鹽度大于 10－ 3時(shí)，最大密度的溫度低于冰點(diǎn)溫度；而鹽度小于 10－ 3時(shí)，最大密度的溫度高于冰點(diǎn)溫度；只有鹽度在 10－ 3時(shí)，海水的最大密度的溫度才與冰點(diǎn)溫度相同，為－ ℃ （圖 5． 32）。水溫日變深度，一般可達(dá) 10— 20米，最大深度可達(dá) 60— 70米。而太陽(yáng)輻射首先到達(dá)海面，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)、海水垂直渦動(dòng)、對(duì)流向深處傳輸，隨深度增加，太陽(yáng)輻射 迅速減少。 （ 4）夏季海面水溫普遍高于冬季，但南北水溫梯度冬季大于夏季 ? 原因是：夏季不僅太陽(yáng)高度角大，而且日照時(shí)間（白晝時(shí)間）長(zhǎng)，則太陽(yáng)總輻射量多，水溫高。中低緯海區(qū)，大洋西側(cè)為暖流，東側(cè)為寒流，所以西側(cè)水溫高于東側(cè)；中高緯海區(qū)則相反，大洋西側(cè)為寒流，東側(cè)為暖流，則水溫西側(cè)低于東側(cè)。 ? 熱赤道位處赤道以北，大致處在 5176。當(dāng)收入熱量大于支出熱量時(shí)，海水熱量有盈余，內(nèi)能增加，水溫升高；反之，收入熱量少于支出熱量時(shí)，熱量虧損，內(nèi)能減少，水溫下降。水在溫度變化和三態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，不僅要克服分子間的范德華作用力，而且還要克服氫鍵的束縛，分解雙水分子和三水分子聚合體，因此需要較多的熱量。 （冰）的結(jié)構(gòu) 氣體水分子能凝聚成液態(tài)水和固態(tài)水（冰），主要是氫鍵起著強(qiáng)烈的締合作用。從表 1－ 1可見(jiàn)： 表 1－ 1 不同水溫水分子聚合體的分布（％） 分子式 冰 水 0℃ 0℃ 4℃ 38℃ 98℃ H2O 0 19 20 29 36 (H2O)2 41 58 59 50 51 (H