不含任何杂质的水,或者说,没有任何其他物质溶解在里面的水,自然界中是没有的。也就是说自然界里没有蒸馏水。就连雨水都含有二氧化碳和极少量的硝酸、碘、氯和其他化合物。
想要制取纯粹的水是比较困难的。空气中的各种气体,盛水容器的内壁,虽然只有很少的会溶解在水中,但还是破坏了水的纯粹。比如,用银器盛水就会有十亿分之几的银溶于水中,喝茶用的银匙也会有极少量的银进入水里。这么少的银,连化学家都几乎查不出来。可水藻之类的低等生物却会因此死掉,这类低等生物对水里极微量的银和其他几种原子是非常敏感的。
雪花的不同结晶
天然水沿着沙、黏土、石灰岩、花岗岩等各种地面流走的同时会带走好多物质。有些科学家说,只要知道河床的成分,就能回答出河水的成分。
之前讲过,硅铝酸盐在自然界中分布很广,可天然水中铝和硅的含量却没有那么多。而且,所有河水、海水里都含有碱金属——钠和钾,还有镁、钙等其他元素,这是为什么呢?
原因是水的化学成分与盐类在水中的溶解度有关。最易溶解的化学物质正是天然水中最常见的成分。我们之前也已经说过钠、钾、钙、镁、氯、溴和几种其他元素是天然水蒸发后留下的残渣中的主要成分。天然盐水中含的也正是这些易溶于水的化合物,这些物质便是水从岩石里冲洗出来的。可见海洋是所有可溶于水的盐类收容所,由于水不断地在陆地和海洋之间循环,这些盐便在地球存在的那天起逐渐聚集在海洋中。科学家们曾试图通过计算海洋中盐的量和每年河流冲到海洋中的盐量来计算海洋的年龄,但得出的答案并不可靠。
总之,易溶盐是天然水中的主要化合物。海水含盐3.5%,其中80%是氯化钠,而其他易溶物在水里的含量比较少。不管是海水、河水,还是地下水,只要检测方法到位,所有天然水中都能找到全部化学元素。我们可以想一想,化学元素有100多种,那么不同地方的天然水成分含量肯定会有不同,科学家就根据成分将天然水分成了好多种。
海水,不管是哪个地方的海,也不管深度如何(但是要离岸远),成分总是固定的。各种化学元素在海水中的含量是固定的。但河水却不是这样的,流过不同岩层和经历不同气候的河流,它们的成分是不一样的。比如,北纬地区河流含铁和腐殖土比较多,并且河流往往也会染上这些物质的颜色。中纬度地区河流则主要含钠、钾、硫酸盐和氯。温度更高的地方,尤其是不会流入海洋的湖泊中则常常含盐很多。
海水的元素成分表(表里的数字是百分数)
就像地区的不同可以反映水成分的变化,深度也能映射出地下水成分的改变。地下水越深,成分和盐水越接近。成分变化最大的是地下矿水,矿水经常会从地下喷出变成矿泉,而且许多矿泉是可以治病的。有钙含量高的矿泉,有溴和碘含量高的矿泉,也有硫、镭、锂、铁等各种矿泉。这些矿泉的形成与矿层在地下水中的溶解作用有关,也与不同成分的岩石被地下水渗透有关。根据矿泉的化学成分说明它们的形成经过,是科学上既有趣又重要的任务。
现在,让我们看看海水的元素成分表。
由左表可知,前15种元素占海水总量的99.99%,剩下的74种加起来才占0.01%左右。但它们的数量却不算少,比如海水中的金有上百万吨。
海水中含有的溴、碘、氯等元素,都是我们需要的元素。比如,碘在海水中被海藻和其他海洋动物摄取,我们便从海藻中将碘提取出来,这在我们工业上已经实现了。在大海中,海藻死亡后,碘会重新进入海底淤泥中,这些淤泥又会逐渐变成岩石。从这种岩石中挤出来的水是岩层水,碘就在岩层水中。钻井采石油时常常会碰到岩层水,其中的碘和溴含量就不少。人们已经知道怎样从这些岩层水中提取碘和溴了。
钙在天然水中的历史也很有趣。如果钙离子在天然水中含量过高,水底就会沉淀出碳酸钙从而生成石灰石和白垩。二氧化碳在其中也扮演了重要角色,二氧化碳过多时,碳酸钙会溶于水中,二氧化碳过少时,碳酸钙又会沉淀出来。
我们都知道,绿色植物会吸收二氧化碳,了解了这一点,我们也就知道绿色植物对于水中钙的沉淀会起什么作用了。
热带海洋中的岛屿——环礁,其实就是致密的碳酸钙,是海底生物生存死亡而沉积出的,当然也含有生物的石灰质骨骼。举这个例子,就是想说明海底生物对于天然水成分有很大的影响。