书城科普读物科学奥秘丛书-探索地球的奥秘
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第10章 地球之水(3)

a.硬水。大人或孩子首次来到一新地区时,有时会发生腹泻,服消炎药也不见好转。这就是人们常说的“水土不服”。这种腹泻并非由细菌或病毒引起,而是由于饮用水的硬度变化造成的。长期饮用软水者突然饮用硬水时,非常容易发生腹泻。

水的硬度是指水中的镁、钙、盐类含量的多少。当1升水中含有相当于10毫克的氧化钙时,硬度为1度。一般将硬度0~4度的水称为极软水;4~8度为软水;8~16度为中等硬水;16~30度为硬水;30度以上则为极硬水。

我国饮用水的硬度规定不得超过25度。

硬度过高的水不适于饮用。因为用硬水烹调豆类、肉类不易煮烂,且对胃肠道有刺激作用引起腹泻;经常烧硬水的壶底常有厚厚的一层水垢。用硬水洗涤衣物时,肥皂不起泡沫;用它洗澡时,对皮肤有刺激作用。

加石灰苏打法和加热煮沸可使硬水软化,如发现“水土不服”的腹泻,不用服药,一般一星期以后症状就可好转。

b.软水。让硬水经过一个变化过程——离子交换反应,使钙和镁被钠替换,这就是软化。有些水是天然的软水,但软水地区的人患心脏病的死亡率比硬水地区高。主要原因就是这些地区的软水中镁离子的含量太少,大约只是硬水中镁离子含量的1/4。

正常人体约含镁35克,占体重的0.05%。镁是构成牙齿和骨骼的主要成分,并与神经的调节和肌肉的活动、体内酸碱平衡、多种酶的活动有密切关系。软水地区的人因长期饮用含镁量不足的水,容易发生体内镁离子缺乏,引起蛋白质合成障碍和神经功能失常,出现震颤,共济失调,血管硬化和心肌损伤等病症。据对心肌梗塞死亡病例分析,有40%的死者心肌中镁的含量降低。有些医生用镁制剂防治某些心脏病取得了满意的效果,说明镁对心脏能起到保护作用。

居住软水地区的人,应多吃一些含镁量较高的食品,如豆类、绿叶蔬菜、粗粮及一些干果,使镁的摄取量达到每天200~300毫克即可。

c.无离子水或脱矿质水。使水通过两个离子交换树脂,所有的矿物盐(阴离子和阳离子)均可被除去,这就是无离子水,使水达到最纯度。通常,科学研究中使用无离子水以防止精密分析时干扰物质介入。

d.蒸馏水。把水转变成蒸气并在一个清洁的收集系统中使蒸气冷却可以获得蒸馏水。这样做使水中溶解的矿物质留下,因此,蒸馏水中只含有贮存容器中存在的物质。有时在蒸馏水中加入标准量的矿物质,就可作为饮用水出售。

e.矿泉水。是一些具有特殊成分的天然泉水。矿泉水中含少量的氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、钙盐、镁盐,有时还含铁和硫化氢。这些水大多数充上二氧化碳后可作为饮用水出售。

f.苏打水。水中充上二氧化碳使它起泡,并发出嘶嘶声,叫苏打水。

g.加氯水。饮用水的加氯作用是20世纪主要的卫生发展成果之一。公用水净化时,先把氯加进水中杀死细菌和有害的有机物。在净化的最后阶段,要检验水中氯的适当水平,在分配系统中监测水,防止污染。处理时,净化过程初期加的氯可能被耗净,因此,需要再加入少许氯。

h.氟化水。一些地区的饮水中要加极少量的氟化物,水中加氟可减少龋齿的发生。有些来源的水本身就含氟化物,但有些水含氟量很高以致引起氟中毒。轻者发生斑釉病,儿童牙齿钙化障碍,疏松多孔,吸收食物中的有色物质使牙面出现黄色斑点,粗糙变脆,容易折碎和过早脱落。成年人可发生腰腿病,运动障碍,关节僵硬变形,四肢弯曲,严重者甚至可发生截瘫。

i.海水。海水是不能直接饮用的。海水中盐的浓度比体液高很多,人的肾脏不能处理过量的氯化钠。根据二次世界大战期间,乘船遇难的人的记录表明,饮大量的海水常会致命。然而,大海又是陆地上淡水供应的依靠,利用太阳光不断地蒸发大海,水蒸气遇冷降雨来补充陆地淡水。

日常生活中,大量饮料给我们提供了每天所需要的水分,例如咖啡、软饮料、茶、酒精饮料等。但是,饮水能满足渴感,却不提供热量。

②食物水。许多固体食物含大量水分,为我们提供了水。即使那种“干”食品,如饼干、快餐谷物、坚果也能提供一些水分,而某些水果和蔬菜可含高达90%以上的水。

③代谢水。代谢水由养分的分解代谢所产生。100克碳水化合物氧化产生60克水,100克蛋白质氧化可以产生42克水。脂肪被认为“比水更湿”,100克脂肪氧化产生110克水。

人的典型膳食中平均每100千卡代谢能形成13克代谢水。

5.人类衣食住行的靠山。对于城市居民来说水是再熟悉、再平常不过的东西。水龙头一开,水就哗哗地永无止尽地流淌。人们常说锅碗瓢勺,柴米油盐酱醋糖是居民不可缺少的东西,而忘记了水。这也许是由于水见多不怪的原因吧。而柴米油盐酱醋糖这些只是做饭的基本原料,它们必须以水为媒介,把这些东西有机地串联起来,才能做成一顿可口的饭菜。人们可曾想过,做饭时如果没有水,菜洗不了,米蒸不了。都说“巧妇难为无米之炊”,看来有米无水也炊不成啊。

1994年淮河的居民经历了使他们终生难忘的几十天,自来水管流出的是混浊的污水,人喝了以后呕吐,住院。人们不得不靠买矿泉水维持,矿泉水价格直线上升,一时水比油贵。

水除了用于居民生活之外,还重用于发展工业。冶金、电力、化工、煤炭、交通、造纸、纺织、酿酒、食品等行业,冷却、空调、洗涤等过程,以及某些产品本身(饮料、人造冰、添加剂等)都需要大量的水。如火力发电厂1万度电需耗水100立方米以上;化纤厂制造1吨尼龙丝耗水600立方米;印染厂染1万米布耗水300立方米;造纸厂制1吨纸浆耗水300立方米;酒精厂造1吨酒精需水100立方米。工业用水量因设备、生产工艺、自动化水平等变化而差别很大,一般常以综合指标1万元产值用水量来说明,我国万元产值用水量平均为500立方米左右,个别较好地区在200~300立方米,北京1993年万元工业产值用水量只有74立方米达国内先进水平。随着工业设备的改造和生产条件的改善,工业用水量的重复利用率将会有所提高,万元产值用水量将会更少。

城市、乡镇企业的建立和发展,都受到水的影响和制约。由于公共事业的发展,水不仅要满足城乡人民生活,还要为医疗卫生、建筑业、旅游业、美化环境(如绿化公园,喷洒街道等)、服务业(如宾馆、饭店用水等)提供充足的水源。

以上材料告诉我们,水与人类密切相关,我们要充分认识水的重要性,极其慎重地对待水的问题。要像爱护我们的眼睛一样,珍惜水资源,节约每一滴水,防止出现水比油贵的情况。

三、蓝色的海洋

由于太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋彼此相通,所以,可以说在地球这个星球上只有一个很大的大洋,欧亚大陆、美洲大陆、非洲大陆以及南极洲和大洋洲等,都可以看作是这个大洋的岛屿。

这个大洋的总面积达到3.6亿平方千米,占地表总面积的70%以上;它的容积,按平均深度3700米计算,约为13.4亿立方千米。海水是咸的,人类的食盐大部分来源于海洋。

海洋是地球上淡水供应的源泉。每年约有33万立方千米的海水被蒸发,然后又凝结成雨或雪而降落下来。这样,一部分降落在大陆上的淡水就被积存下来,约有82万立方千米的淡水积存在大陆的地表下面,还有约12万立方千米的淡水积存在江、湖、河、沼之中。

海洋不仅在水循环起关键作用,而且在传输热量、缓和气候变化方面也起着关键的作用。

太阳能进入地球后,大部分被地表吸收。被吸收的热量的多少,与纬度有关,热带吸收的多,寒带吸收的少。

那么是不是热带的温度要逐渐升高,寒带的温度要逐渐降低呢?实际情况并不是这样。

海洋在这方面发挥了巨大的作用,它通过海水的流动将热量从热带输送到寒带,保持了地球能量的平衡。海洋输送的热量很大,比全人类一年内耗用的能量还多几百倍。

海水和大气的大规模的流动,使热带变凉、寒带变暖,同时使热量在南、北半球之间来回传输,减小两个半球气温的差别,调节了气温。因而人们能很好地生活在地球上。

海洋就这样100年、1000年、1万年,长年累月地进行着这种调节工作。地球异常热的时候,将热量储藏起来;地球异常冷的时候,向大气放出热量,抑制气候的恶化。

海洋对于生命具有十分重要的意义。地球上的生命起源于海洋,没有海洋,生命就不能形成。从绝对数量来看,地球上的生物绝大部分生活在海洋中。在陆地上,生物只局限在地表上下几米的范围内;可是在海洋中,生物几乎占据着每一个角落,它们的活动范围有时深达11千米以上。

海洋的生物资源大部分集中在近海的一条相对狭长的地带,主要由大陆架与沿海边缘地带的河口区组成。这里有适合绝大多数海生动物、植物生活的环境,例如红树林、盐沼、泥滩、海草和海藻,以及珊瑚礁等。因此这里是最主要的海产品基地,为人类提供了80%以上的海产品。

浩瀚的大海中蕴藏巨大的能源。如潮汐能、波浪能、海流能等,它们可以循环不息地为人类造福。另外,海底也储藏着丰富的石油、天然气等矿产资源,是人类一个巨大的资源宝库。

1914年,第一次世界大战期间,德国人为了袭击欧洲沿海国家的舰只,在各国沿海设置了很多水雷。布雷以后,他们竖起耳朵,静候着水雷爆炸的喜讯。可是说也奇怪,德国人布置的水雷一颗也没爆炸,那些沿海国家的船只照样进进出出,仿佛有人给他们设置了路标似的,躲过了水雷,完全畅通无阻。

不久,德国人翘首以盼的消息终于来了,水雷爆炸了。不过爆炸的水雷并不是在欧洲沿海国家,而是在接近北冰洋的俄国领地新地岛附近。许多国家搞不清楚德国人在这靠近北冰洋的偏僻地区设置水雷的用意。德国军事当局自然心中有数,可他们有苦说不出。这些水雷怎么不在原地呆着,竟自作主张地漂流了几千千米的海路呢?

其实海洋并非静止不动,一部分海水经常朝着固定的方向流动,就像奔腾不息的河流。它的规模有大有小,一般情况下长达几千千米,比长江、黄河还要长。宽度就更令人吃惊了,把长江最宽的地方放大几十倍甚至上百倍,才可与它相比。人们把这“海洋中的河流”称为洋流或海流。洋流有冷暖之分,一般把从低纬流向高纬的、比周围水体温度高的洋流叫做暖流;把从高纬流向低纬的、比周围水体温度低的洋流叫做寒流。

大西洋里的墨西哥湾暖流是世界上规模最大的洋流。它比陆地上任何河流都大得多,它每秒钟输送的水量比长江多1000多倍。它的起点宽度为80千米,深度约800米,并以每小时6.4千米的速度奔腾向前。它的致暖作用甚至连北冰洋一带也受其影响。

黑潮,也叫做台湾暖流,是北太平洋一支强大的暖流。对包括我国在内的渔业生产和东北亚环境有很大影响。

俗话说“水往低处流”,说的是河流在重力的驱动下,由高处往低处流。

然而,海面几乎是一个平面,那么究竟什么力驱动洋流运动的呢?引起海水运动的力有两种:

一种是机械力。即大气层通过摩擦作用施给海洋的一种推动力,尤以空气大规模运动产生的定向风对海水运动影响最大。

东北信风和东南信风是两股稳定而强劲的风,总是一个劲儿地朝着一个方向刮着。天天如此,月月如此,年年如此。信风劲吹,推波助澜,不但在海面上掀起大大小小的波浪,还把水面的水推动着向一定方向流去。定向风吹的时间越长,流动的海水深度就越深,渐渐地、渐渐地,海洋中就形成了朝着一定方向流动的海中之河——洋流。人们习惯的称它为“风海流”。

另一种是物理化学力。由于咸水比淡水重,冷水比热水重,因此,海水的密度差或温差也会产生洋流,它是深层海水运动的驱动力。

温度低的海水比温度高的海水密度大,盐度大的海水会比盐度小的海水密度大。所以温度低、盐度大的海水,就不断地下降,而且沿着海洋的底层向温度高、盐度小的海水下面流动;温度高、盐度小的海水,也不断地上升,沿着海洋的表层向温度低、盐度大的海水上面流去,这样就形成了广大范围内的海水运动。这种海流,人们称之为“密度流”。

在两极地区,海面的水很冷,因而它会往下沉。这股不断下沉的水流会沿着整个洋底向热带扩散开来,所以即使在热带,海底的水也是很冷的。深处的冷水最后也因为无处可以容纳而涌向海面。在升到海面以后,它们又会变热并漂向南极区或北极区,并在那里再一次下沉,形成垂直环流。

表层水向深层潜入的现象主要出现在格陵兰南部海域,其次是发生在南极北部。这两处是海水总体循环的必经之路。海水循环之所以极其缓慢,这是原因之一。

受海陆地形、地转偏向力的影响,海洋里的洋流就像大气圈的大气环流一样,会形成大洋环流,就整个海洋而言,海水混合时间要数千年,这个时间是很长的。而表层海水混合的时间要短得多,仅为50年。

四、广阔的水源

很早以前,地球表面既没有水柔浪细,也没有浩瀚无垠的海洋。由于地表温度很高,所以没有液态水,水全部以蒸汽的形式存在于大气层中。