【文章內(nèi)容簡介】 下水在一定地質(zhì)條件下，因受地球內(nèi)部熱能的影響而形成地下熱水。它通過一定的通道，例如，沿斷裂破碎帶、鉆孔等上涌，致使地?zé)嵩鰷丶壌蟠筇岣?，這種地區(qū)叫地?zé)岙惓^(qū)。具有良好的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件的地?zé)岙惓^(qū)，有可能形成大量地下熱水或天然蒸汽的地?zé)崽?。從利用熱能考慮，地下熱水按溫度分類見表 15。 相 熱水類型 熱水名稱 溫度界限(℃) 主 要 用 途 液 相 熱 水 低溫?zé)崴? 中溫?zé)崴? 高溫?zé)崴? 20— 40 40— 60 60— 100 農(nóng)用灌溉、浴療、洗滌 生活、取暖、鍋爐用水、調(diào)節(jié)灌溉水源 取暖、工業(yè)熱供水、鍋爐用水、發(fā)電 液 氣 相 過 熱 水 低溫過熱水 高溫過熱水 100 374 發(fā)電，動力 發(fā)電，動力 表 15 地下熱水溫度分類 四、水的密度 ? （一）純水的密度 ? 水溫不同，水分子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同。所以溫度變化直接影響水的密度變化，見表 16。 ? 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 ℃ ， ℃ 時純水密度為 1；50℃ 水的密度為 。 ? ③液態(tài)水由最大密度溫度 ℃ 向低和向高變化，密度均減小；固態(tài)冰隨溫度下降密度增大。 四、水的密度 （一）純水的密度： 0℃ 的冰密度為 ； 0℃ 的水密度為 ； ℃ 時純水密度為 1 g/cm3； 50℃ 水的密度為 。 （二）海水的密度： 指單位體積內(nèi)所含海水的質(zhì)，其單位為克 /立方厘米。用符號來 表示。 ?)( Pstf ????（二）海水的密度 ? 海水密度是指單位體積海水的質(zhì)量，以 ρ 表示 ，其單位為g/cm3。但是習(xí)慣上使用的密度是指海水的比重，即指在一個大氣壓力條件下，海水的密度與水溫 ℃ 時蒸餾水密度之比。因此在數(shù)值上密度和比重是相等的。海水的密度狀況，是決定海流運(yùn)動的最重要因子之一。 海水的密度，是鹽度、水溫和壓力的函數(shù)。因此，海水密度可用產(chǎn) s,t,p來表示。 ?在現(xiàn)場溫度、鹽度和壓力條件下所測定的海水密度，稱為 現(xiàn)場密度或當(dāng)場密度。 當(dāng)大氣壓等于零時的密度，稱為條件密度，用 s,t,0表示。 在正常大氣壓下 (一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力 )下，于大洋表面測得的海水密度稱為條件密度，在大洋表面以下某一深度處測得的海水密度，稱為現(xiàn)場密度， ?影響海水密度的因素 海水的密度是水溫、鹽度與壓力的函數(shù)。 (1)海水的密度隨鹽度值的增加而增大，與鹽度成線性正相關(guān)； (2)海水具有一定的可壓縮性，則壓力加大，海水密度增加，即與壓力成正相關(guān)； (3)海水的密度隨溫度的變化比較復(fù)雜。 我們知道，純水在 4 ℃ （ ℃ ）密度最大，而海水最大密度溫度是個變值，隨鹽度值增加而降低。一般來講，海水的最大密度溫度低于 0 ℃ 。因此，一般地，隨海水溫度的降低，海水的密度是增加的。 全球而論，由于水溫變幅大，由 2 ℃ 30 ℃ ，而鹽度變幅小，一般在 2－ 3，因此水溫是影響海水密度的主導(dǎo)因素。由此可得出海水密度的分布規(guī)律。 海水密度的分布規(guī)律 (1)水平分布 表層海水密度從熱赤道海區(qū) 隨緯度的增高而增大，等密度線大致與緯線平行。赤道 海 區(qū)由于溫度很高，降水多，鹽度較低，因而表面海水的密度很小，約 （ 23）。亞熱帶海區(qū)鹽度雖然很高，但那里的溫度也很高，所以密度仍然不大，一般在 （ 24）。極地海區(qū)由于溫度很低，降水少，所以密度最大。在三大洋的南極海區(qū)，密度均很大，可達(dá) （ 27）以上。 (2)垂直分布 在垂直方向上，海水的結(jié)構(gòu)總是穩(wěn)定的， 隨深度增加，水溫降低，壓力加大，海水 密度 由表層 向 深層遞增。在南北緯 20176。 之間 100m左右水層內(nèi)，密度最小，并且在 50米以內(nèi)垂直梯度極小，幾乎沒有變化； 50100米深度上，密度垂直梯度最大，出現(xiàn)密度的突變層（躍層）。它對聲波有折射作用，潛艇在其下面航行或停留，不易被上部偵測發(fā)現(xiàn)，故有液體海底之稱。約從 1500m開始，密度垂直梯度很?。辉谏顚哟笥?3000m，密度幾乎不隨深度而變化。 五、水色與透明度 ?（一）水色 ? 所謂水色，是指自海面及海水中發(fā)出于海面外的光的顏色，是海水質(zhì)點(diǎn)及懸浮物質(zhì)對太陽光的選擇性吸收和散射作用的綜合結(jié)果。它并不是太陽光線透人海水中的光的顏色，也不是日常所說的海水的顏色。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)。 ? 到達(dá)海面的太陽光線，一部分被海面反射，另一部分則折射進(jìn)入海水之中。進(jìn)入海水中的光線，一部分被海水質(zhì)點(diǎn)和懸浮物質(zhì)所吸收，一部分被散射。而海水對太陽光的吸收和散射均具有選擇性，對可見光中的紅、橙、黃光易被吸收而增溫，而藍(lán)、綠、青光散射最強(qiáng)，故海水多呈蔚藍(lán)色、綠色。但沿岸海區(qū)，渾濁度大，水色低，多呈黃色和棕色。 ? 水色常用水色計測定。水色計由 21種顏色組成，由深藍(lán)到黃綠直到褐色，并以號碼 l－ 21代表水色。號碼越小，水色越高；號碼越大，水色越低。 （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，即海水的能見度。也是指海水清澈的程度。它表示水體透光的能力，但不是光線所能達(dá)到的絕對深度。海水透明度取決于光線強(qiáng)弱和水中懸浮物質(zhì)和浮游生物的多少。光線強(qiáng)，透明度大，反之則小。水色越高，透明度越大；水色越低，透明度越小。 ? 透明度的測定：用一個直徑 30cm的白色圓盤（透明度板），垂直放到海水中，直到肉眼隱約可見圓盤為止，這時的深度，則為透明度。 ? 世界大洋以大西洋中部的馬尾藻海透明度最大，達(dá) 。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，是一個海水下沉區(qū)域，表層海水缺乏營養(yǎng)鹽分，浮游生物極少，因而顏色最藍(lán)，透明度最大。 ? 沿岸海區(qū)尤其大河口海區(qū)，海水透明度和水色低。我國南海透明度為 20－ 30m，黃海只有 3－ 15m。 第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì) 167。 地球上水的化學(xué)性質(zhì) ? 一、天然水的化學(xué)成分 ? 天然水經(jīng)常與大氣、土壤、巖石及生物體接觸，在運(yùn)動過程中，把大氣、土壤、巖石中的許多物質(zhì)溶解或挾持，使其共同參與了水分循環(huán)，成為一個極其復(fù)雜的體系。目前天然水體中已發(fā)現(xiàn) 80多種元素。天然水中各種物質(zhì)按性質(zhì)通常分為三大類： ? 1）懸浮物質(zhì)（ Φ＞ 100毫微米（納米）＝ 10－ 7米） ? 粒徑 Φ大于 100納米（ 107米）的物質(zhì)顆粒，在水中呈懸浮狀態(tài)，例如泥沙、粘土、藻類、細(xì)菌等不溶物質(zhì)。懸浮物的存在使天然水有顏色、變渾濁或產(chǎn)生異味。有的細(xì)菌可致病。 ? 2）膠體物質(zhì)（粒徑 Φ為 1－ 100納米） ? 粒徑為 100— 1納米（ 107米）的多分子聚合體，為水中的膠體物質(zhì)。其中無機(jī)膠體主要是次生粘土礦物和各種含水氧化物。有機(jī)膠體主要是腐殖酸。 ? 3）溶解物質(zhì) ? 粒徑小于 1納米（ 107米）的物質(zhì)，在水中成分子或離子的溶解狀態(tài)，包括各種鹽類、氣體和某些有機(jī)化合物。 ? 天然水中形成各種鹽類的主要離子是 K+、Na+、 Ca2+、 Mg2+四種陽離子 還有 Fe、 Mn、 Cu、 F、 Ni、 P、 I等重金屬、稀有金屬、鹵素和放射性元素等微量元素；水中溶解的氣體有 OCO N2，特殊條件下也有 H2S、 CH4等。總之，無論哪種天然水，八種主要離子的含量都占溶解質(zhì)總量的95— 99％以上。 單位體積天然水中各種元素的離子、分子與化合物的總量或烘干后殘余物的重量稱為礦化度。 各種溶解質(zhì)在天然水中的累積和轉(zhuǎn)化，是天然水的礦化過程。 二、天然水的礦化過程 ? 地殼中含有 87種化學(xué)元素，目前在天然水中基本都已發(fā)現(xiàn)。這些元素在天然水中的含量與巖石圈的平均組成（克拉克值）相差很大。多種化合物溶于水，又隨著水文循環(huán)一起遷移，經(jīng)歷著不同環(huán)境，其數(shù)量、組成及存在形態(tài)都在不斷變化。這個過程受到兩方面因素的制約： 一 是元素和化合物的物理化學(xué)性質(zhì)，尤其是它們的水遷移性；二 是各種環(huán)境因素，如天然水的酸堿性質(zhì)、氧化還原狀況、有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與組成，以及各種自然環(huán)境條件等。 天然水的主要礦化作用如下： 溶解溶濾作用 ?嚴(yán)格地講，溶解與溶濾是兩個不同概念。溶解是巖石、礦物全部溶于水中；而溶濾是部分物質(zhì)溶于水中，即有選擇性的溶解。 ?溶濾溶解作用是最基本的礦化作用。 ?產(chǎn)生地區(qū)：分布廣泛，尤其易溶巖分布地區(qū)。 ?作用結(jié)果：改變天然水的成分，化學(xué)成分復(fù)雜化，礦化度升高。 陽離子交替吸附作用 ?當(dāng)天然水與巖石、土壤顆粒相互作用時，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，這種作用稱為陽離子交替吸附作用。 ?其作用特點(diǎn)：：①離子交換是可逆反應(yīng)，處于動態(tài)平衡；②離子交換以當(dāng)量關(guān)系進(jìn)行，即離子間交換以離子價為依據(jù)作等價交換；③離子交換遵守質(zhì)量作用定律。 ?巖、土吸附能力強(qiáng)弱與其比表面各大小相對應(yīng)。顆粒越細(xì)小，比表面積越大，則其吸附能力越強(qiáng)；水中離子濃度越大，越易被吸附；離子價越高，越易被吸附。 ? 膠體吸附的飽和容量稱為吸附容量。以 100克膠體中吸附離子的摩爾數(shù)來表示。常見的粘土礦物，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。腐殖質(zhì)膠體的吸附容量可達(dá) 350摩爾 /100克。 ? 膠體對各種陽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，陽離子交替作用廣泛存在。常見到礦物初期地下水中的 Ca2+與膠體上面吸附的 Na+交替，使硬度較大的 HCO3Ca型水變?yōu)橛捕容^小的 HCO3Na型水。 ? Ca2+的吸附能力大于 Na+ ，則 Ca2+易于交替吸附在巖土表面的 Na+ 。當(dāng)土壤中由于吸附 Na+過多，使土質(zhì)變壞時，可撒些石灰， Ca2+交替吸附 Na+ ，從而改變土質(zhì)。 ? 盡管在地殼平均組成中，鉀和鈉的豐度很接近，而且鉀鹽的溶解度普通高于鈉鹽，但由于膠體吸附 K+的能力大于 Na+，并且植物普遍吸收 K+，合成有機(jī)質(zhì)。所以天然水中鉀的含量遠(yuǎn)小于鈉的含量。 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。 ? 黃鐵礦是巖石中常見的硫化物，含氧的水滲入地下，使黃鐵礦氧化。 ?2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4 ?12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe(SO4)3+2Fe2O33H2O ? 游離的硫酸進(jìn)而侵入圍巖中的 CaCO3。 ? CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2↑+2H2O ? 硫化礦物的氧化是地下水中富集硫酸鹽的重要途徑。 ? 硫化作用結(jié)果：使 SO42－ 增多。 ? 產(chǎn)生地區(qū)：在硫化礦床附近和富含黃鐵礦的煤田地區(qū)，在礦坑和風(fēng)化殼中往往形成含大量硫酸鹽（ 10— 15克 /升）的酸性水。而在深層承壓水中，因含氧不足，就不會出現(xiàn)這種情況。 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，或受到過量的有機(jī)物污染，碳?xì)浠衔锟梢允顾械牧蛩猁}還原。如： ?CH4+CaSO4=CaS+CO2↑+2H2O ?硫化物與 CO H