【正文】 的垂直分布特點，可分為三個垂直帶，不同垂直溫度帶，水溫變化特點不同。又叫 “外熱帶 ”、 “太陽輻射熱帶 ”、 “可變溫度帶 ”。 ? （ 2）本帶地溫和水溫特點 ? 溫度變化受太陽輻射熱的控制。在年常溫層中，地下水溫度變化很 少，一般不超過 ℃。 ? 原因：水的熱容量比巖土大，則變幅小。中緯地區(qū)太陽輻射年變較低緯大，巖石土層導(dǎo)熱性能比高緯好，地溫和水溫變幅大。 Ⅱ、常溫帶（常溫層） ? 指地下一定深度，地溫保持常年不變，不隨外界溫度發(fā)生變化。 ? 年常 溫帶的深度各地不同，它與地面溫度的年變幅度、巖石土壤的物理性質(zhì)及水文地質(zhì)條件等因素有關(guān)。 ? 溫度特點：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)。 Ⅲ、增溫帶（內(nèi)熱帶） ? 大量觀測資料表明：在年常溫層以下，地溫和地下水溫則隨深度的增加而逐漸升高，其熱量來源于地球內(nèi)部，又叫內(nèi)熱帶。 ? 地?zé)嵩鰷丶壥侵冈诔貙右韵?，溫度每升?1℃所需增加的深度，單 位為 m/℃。 地下水溫的水平差異 地下水溫主要受當(dāng)?shù)貧鉁睾偷責(zé)峥刂?。如在新火山地區(qū)，地下水溫可達 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℃。 ? 地下水在一定地質(zhì)條件下，因受地球內(nèi)部熱能的影響而形成地下熱水。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)崽铩? 四、水的密度 P1617 （一）純水的密度 ? 水溫不同，水分子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同。 ? 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； 24 ? ②水的最大密度溫度是 ℃， ℃時純水密度為 1； 50℃水的密度為。 （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。因此在數(shù)值上密度和比重是相等的。 海水的密度，是鹽度、水溫和壓力的函 數(shù)。 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。 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)。 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。因此，一般地，隨海水溫度的降低，海水的密度是增加的。由此可得出海水密度的分布規(guī)律。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 。極地海區(qū)由于溫度很低，降水少，所以密度最大。 (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 25 度 由表層 向 深層 遞增。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）。約從 1500m 開始，密度垂直梯度很小 ；在深層大于 3000m，密度幾乎不隨深度而變化。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。 ? 到達海面的太陽光線，一部分被海面反射，另一部分則折射進入海水之中。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、綠、青光散射最強，故海水多呈蔚藍色、綠色。 ? 水色常用水色計測定。號碼越小，水色越高；號碼越大，水色越低。也是指海水清澈的程度。海水透明度取決于光線強弱和水中懸浮物質(zhì)和浮游生物的多少。水色越高，透明度越大；水色越低，透明度越小。 ? 世界大洋以大西洋中部的馬尾藻海透明度最大，達 。 ? 沿岸海區(qū)尤其大河口海區(qū)，海水透明度和水色低。 第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì) 167。目前天然水體中已發(fā)現(xiàn) 80 多種元素。懸浮物的存在使天然水有顏色、變渾濁或產(chǎn)生異味。 ? 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)。有機膠體主要是腐殖酸。 ? 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 O CO N2，特殊條件下也有 H2S、 CH4 等。 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。 二、天然水的礦化過程 P19 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)。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。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。 ? 溶濾溶解作用是最基本的礦化作用。 ? 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。 ? 其作用特點：：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。顆粒越細(xì)小，比表面積越大，則其吸附能力越強；水中離子濃度越大，越易被吸附；離子價越高，越易被吸附。以 100 克膠 體中吸附離子的摩爾數(shù)來表示。腐殖質(zhì)膠體的吸附容量可達 350 摩爾 /100 克。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。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)。所以天然水中鉀的含量遠(yuǎn)小于鈉的含量。 ? 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。3H2O ? 游離的硫酸進而侵入圍巖中的 CaCO3。 ? 硫化作用結(jié)果：使 SO42－增多。而在深層承壓水中，因含氧不足，就不會出現(xiàn)這種情況。如： ? CH4+CaSO4=CaS+CO2↑ +2H2O ? 硫化物與 CO H2O 進一步作用生成 CaCO3 沉淀，而水中失去了硫酸鹽，富集了 H2S。這些厭氧細(xì)菌就是依靠奪取硫酸根中的氧而生存的。 蒸發(fā)濃縮作用 ? 產(chǎn)生地區(qū)：在干旱和半干旱地區(qū)的內(nèi)陸湖和淺層 地下水。 ? 作用結(jié)果：在蒸發(fā)濃縮過程中，地下水的礦化度逐漸增高，易溶鹽類逐漸在水中富集，而溶解度低的鹽類逐漸從水中析出。 ? 在蒸發(fā)濃縮過程中，各種鹽類的沉淀順序為： Al、 Fe、 Mn 的氫氧化物→ Ca、 Mg的碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽→ Na 的硫酸鹽→ Na、 K 的氯化物→ Ca、 Mg 的氯化物→最后為硝酸鹽。 混合作用 ? 指兩種或多種礦化度不同或成分不同的天然水相遇，相互混合以后的礦化度和化學(xué)組成都要發(fā)生變化的作用。 脫碳酸作用 ? 碳酸鹽類在水中的溶解度取決于水中 CO2 的含量。 ? Ca(HCO3)2→ CaCO3↓ +H2O+CO2↑ ? 產(chǎn)生地區(qū)：巖溶地區(qū)（碳酸鹽巖分布區(qū)）。 三、天然水的分類 P20 環(huán)境條件的不同，必然導(dǎo)致天然水的礦化度和化學(xué)成分不同。 按礦化度分類 ? 礦化度：指單位體積天然水中所含各種元素的離子、分子與化合物的總量或烘干后殘余物的重量，以克∕升表示。根據(jù)礦化度大小，可將天然水分為五類，見表 18。低礦化度水以 HCO3－為主，中礦化度水以 SO42－為主，高礦化度水以 Cl－為主 按水的硬度分類 ? 天然水的硬度是由水中鈣、鎂離子含量來確定。 ? 總硬度：指水中鈣、鎂離子總含量。 ? Ca2+/Mg2++2HCO3－→ CaCO3(MgCO3)↓ +CO2↑ +H2O ? 永久硬度：指把水加熱煮沸以后，仍不發(fā)生沉淀的鈣鎂離子總含量。 天然水按硬度分成五級： ? 極軟水，其硬度＜ 毫克當(dāng)量∕升（＜ 德國度）； ? 軟水：硬度介于 － 毫克當(dāng)量∕升（ － 德國度）； ? 弱硬水：硬度介于 － 毫克當(dāng)量∕升（ － 德國度）； ? 硬水：硬度介于 － 毫克當(dāng)量∕升（ － 德國度）； ? 極硬水：硬度大于 毫克當(dāng)量∕升（＞ 德國度）； 按天然水的酸堿度分類 ? 天然水的酸堿度一般用 PH 值來表示。 按主要離子成分比例分類 P20－ 22 1）地表水分類 ? （前蘇聯(lián)）阿列金提出一個簡單的水化學(xué)分類系統(tǒng)。②其次，對每一類 天然水按占多數(shù)的陽離子分為鈣質(zhì)（ Ca）、鎂質(zhì)（ Mg）、鈉質(zhì)（ Na）三組。Ⅰ型水是低礦化水，系由火成巖溶濾或離子交換作用形成的。Ⅱ型水是低礦化和中等礦化水，多由火成巖、沉積巖的風(fēng)化物與水相互作用形成。 ? Ⅲ型：［ HCO3+SO42］＜［ Ca2++Mg2+］或 [Cl]＞ [Na+]。 ? Ⅳ型：［ HCO3］ =0。例如，沼澤水、硫化礦床水和煤田礦坑水 。 30 2）地下水化學(xué)分類 P21－ 22 ? （ 1）將六種主要離子成分進行組合，以橫坐標(biāo)代表陰離子組合類型（七種），縱坐標(biāo)代表陽離子組合 類型（七種），共組成 49 種類型。 ? （ 2）按總礦化度不同，分成四組： ? A 組 礦化度＜ 克∕升； B 組 礦化度 － 10 克∕升； C 組 礦化度 10－40 克∕升； D 組 礦化度＞ 40 克∕升。 31 ? 不足：將礦化度與離子成分分開考慮，使得有些種類在自然界中難以找到。則 49－ A 型和 1－ D 型水在自然界中很 難找到。 （一）大氣水的化學(xué)組成及特性 ? 大氣降水含有多種離子（表 11 112）及微生物和灰塵。 ? 溶解氣體的含量近于飽和 ? 水汽蒸發(fā)上升及雨滴在凝結(jié)降落過程中與空氣充分接觸，在一定溫度、壓力條件下，O N CO2 在降水中都近于飽和。大氣降水的 pH 值小于 即為酸雨。大量燃燒礦物燃料、金屬冶煉和化工生產(chǎn)，在無凈化的情況排放廢氣，都可能釀成酸雨危害。每年從海面濺入大氣的鹽分估計有 1010 噸；②風(fēng)從地面吹起的揚塵； ③火山爆發(fā)噴入大氣的易溶物質(zhì)及塵埃；④人類活動向大氣排放的廢氣和煙塵。呈弱酸性，對于各種可溶性鹽類遠(yuǎn)未飽和。 （二）海水的組成與鹽度 P23－ 26 海水的化學(xué)組成 P23 ? 海水是一種含有多種溶解固體和氣體，成分極其復(fù)雜的混合水溶液。其他物質(zhì)大致可分為溶解物質(zhì)和不溶物質(zhì)兩大類。 ? 不溶物質(zhì)：一是以氣相存在于水體中的氣泡；二是固相物質(zhì) —— 無機固體（巖屑、礦屑）、有機固體（各種藻類、生物遺體等）和膠體顆粒。此外，就目前所知，海洋中已發(fā)現(xiàn)的天然化學(xué)元素有 80 多種，但含量差別極大。 ? 海水中含量 大于 1mg/l 的元素有 12 種，即氯 Cl、鈉 Na、鎂 Mg、硫 S、鈣 Ca、鉀 K、溴 Br、碳 C、鍶 Sr、硼 B、硅 Si、氟 F（ P24 表 1－ 13）。這 11 種成分的總含量占海水總鹽分的 %。這種規(guī)律稱為 “海水組成的恒定性 ”。 ? 海水組成恒定性規(guī)律為研究海水的鹽度提供了極為有利的條件。 ? （ 2）營養(yǎng)元素（營養(yǎng)鹽、生原元素） ? 指在功能方面與海洋生物過程有關(guān)，影響浮游生物產(chǎn)量，并為浮游生物大量攝取的元素。 N、 P、 Si元素，在海水中的含量主要受生物過程控制，當(dāng)它們含量很低時，會影響海洋生物的正常生長。如 Li、 I、 Mo、 U、 Fe 等。 34 ? 凡是嘗過海水的人都知道，海水又咸又苦。 ? 海水中的鹽分不僅種類多，而且總量大得十分驚人。如果將大洋中的所有鹽分提取出來，平鋪在全球陸地上，全球陸地海拔將加高 150m，若堆在印度半島上，整個半島將與珠穆朗瑪峰一樣高。一種說法是，海水中的鹽類是由河流帶來的。雖然河水所含的碳酸鹽最多，但當(dāng)河水入海后，一部分碳酸鹽便沉淀；另一部分碳酸鹽被大海中的動物所吸收，構(gòu)成它們的甲殼和骨骼等，因此海水中的碳酸鹽大大減少。硫酸鹽近于平衡狀態(tài)。另一種說法是，由于海底火山活動使海洋中的氯化物和硫酸鹽增多。 ? 由于海水的不斷運動，不同區(qū)域海水進行混合，使海水的成分比較均勻和穩(wěn)定，而蒸發(fā)和降水只能改變?nèi)軇┧?的多少，不能改變成分之間的相對比例，河流等外部的影響也是局部的，都不足以使其主要成分發(fā)生很大的變化，這就是海水組成恒定性的原因。而海水濃度則用鹽度和氯度表示。其符號 S、 S‰ ，單位為克 /千克、 ‰ 和 10－ 3。海洋學(xué)上選用了氯離子來作為推求鹽度的元素。 ? 在使用 AgNO3 滴定海水的氯含量時，海水中的溴、碘離子也同時參與反應(yīng)。所以氯度可定義為： ? 在每千克海水中，將溴和碘以氯代替后，所含氯的總克數(shù)，稱為氯度，單位：克/千克、 ‰ 和 10－ 3，符號 Cl%。這與影響鹽度的因素有關(guān)。 ? 據(jù)此原理，海水鹽度的時空變化，主要取決于影響 水量平衡的各項自然因素和過程，另外還與海底含鹽沉積物的溶解有關(guān)。蒸發(fā)使海水濃縮，鹽度增加；降水使海水稀釋，鹽度降低，鹽度與蒸發(fā)量和降水量的差值（ E－ P）成正相關(guān)。在同緯地帶，暖流經(jīng)過的海區(qū)，鹽度值偏高 ；寒流經(jīng)過的海區(qū)，鹽度值偏低；寒暖流交匯處，鹽度的水平梯度大。冰晶 37 中只保持 3－ 7 ‰ 的鹽分。 （ 2）鹽度的分布規(guī)律（特點） ? ①世界大洋表面的鹽度具有從亞熱帶海區(qū)（副熱帶海區(qū)）分別向低緯度海區(qū)和高緯度海區(qū)遞減，并呈