水體富營養化產生原因是什么呢?
作者:化工綜合網發布時間:2022-08-16分類:無機化工瀏覽:836
在地表淡水系統中,磷酸鹽通常是植物生長的限制因素,而在海水系統中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產量。導致富營養化的物質,往往是這些水系統中含量有限的營養物質,例如,在正常的淡水系統中磷含量通常是有限的,因此增加磷酸鹽會導致植物的過度生長,而在海水系統中磷是不缺的,而氮含量卻是有限的,因而含氮污染物加入就會消除這一限制因素,從而出現植物的過度生長。生活污水和化肥、食品等工業的廢水以及農田排水都含有大量的氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些廢水后,水中營養物質增多,促使自養型生物旺盛生長,特別是藍藻和紅藻的個體數量迅速增加,而其他種類的藻類則逐漸減少。水體中的藻類本來以硅藻和綠藻為主,藍藻的大量出現是富營養化的征兆,隨著富營養化的發展,最后變為以藍藻為主。藻類繁殖迅速,生長周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解,不斷消耗水中的溶解氧,或被厭氧微生物分解,不斷產生硫化氫等氣體,從兩個方面使水質惡化,造成魚類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中,又把大量的氮、磷等營養物質釋放入水中,供新的一代藻類等生物利用。因此,富營養化了的水體,即使切斷外界營養物質的來源,水體也很難自凈和恢復到正常狀態。
地球上的鹽是怎么產生的?為什么地表會有那么多鹽?
鹽成分的由來雖然我們經常把食鹽稱之為鹽,但實際上我們吃的食鹽中,有95%以上的成分都是氯化鈉。根據國家規定,食鹽中的其他雜質如,碘、鎂、鉛、砷、鋅、硫酸鹽等含量不超過5%。
因此想要了解鹽是怎么來的,只需要知道氯化鈉是怎么來的就可以。
氯化鈉是由氯元素和鈉元素結合而來的,如果我們再追根溯源,地球上的氯元素和鈉元素是怎么來的?
實際上,這和恒星有關。
現在宇宙中存在最多的兩種元素為氫元素和氦元素,這兩種元素占據了整個宇宙的99%以上。因此許多星球主要都是由這兩種元素構成,恒星也不例外。
而恒星之所以被稱之為恒星,是因為恒星內部會發生核聚變反應,以太陽為例,由于太陽的質量巨大,在引力作用下內部的溫度和壓強升高,星球內部呈現等離子態(區別于固態、液態、氣態)。
而氫原子核會在弱力的作用下發生核聚變,產生氦原子核,具體的過程主要有兩條路徑。
一條是質子-質子反應鏈。
另一條是碳氮氧循環。
當恒星內的氫原子核消耗得差不多后,部分恒星還會在引力的作用下繼續引發氦核聚變,生成元素周期表上更高順位的碳原子核和氧原子核。
如果引力還足夠引發碳原子核發生核聚變反應,那么這個星球還可以繼續發生核聚變反應,直到生成鐵。
簡單來說就是引發鐵發生核聚變的反應,輸入的能量比輸出的多,簡直就是賠本買賣,因此大多數恒星就停留在這一步之前,如果是特大質量的恒星,比如:質量是太陽質量的8倍以上,那就有可能引發超新星爆炸。
據科學家考證是在45億年前,在現在太陽位置附近曾經發生過超新星爆炸,而超新星爆炸可以產生比鐵順位更高的元素(據目前最新的研究,中子星合并也可以產生大量原子序數比鐵元素高的元素),金、銀等重金屬就是這么來的。
我們通過元素周期表的排列順序可以發現,鈉元素和氯元素的順位位于鐵元素之前,因此這兩種元素相對更容易產生,因此儲量也更豐富。
在地球中,鈉元素是豐度第六高的元素,占全部的2.6%。
而鈉元素的化學性質非常活潑,一部分的鈉元素與氯元素反應后會生成大量的氯化鈉(當然,更準確的是鈉離子和氯離子的結合),也就是食鹽,存在于世界各地。
地球上鹽的由來早期地球上還沒有液態水時,氯化鈉保存在巖石之中或者陸地表面。又由于早期的地球是熔爐狀的,因此地球表面并沒有液態水,水以氣體的方式存在于大氣層周圍,因為地球引力的存在,水才不至于逃逸到宇宙。
后來,隨著地球逐漸地冷卻,氣體水又以雨的形式落在地面上,這場持續了上百萬年的大雨沖刷過巖石或者地球表面時,巖石中的氯化鈉隨著雨水一起流入大海。所以,大海才有可能是咸的的。
后來,地球上的水分又被蒸發,參與地球的水循環過程,而氯化鈉因為重量原因沒有被蒸發,因此留在海水中,久而久之,海水中的氯化鈉越積越多,最終形成了“咸”味的海水。除了海水之外,鹽井、湖水中的鹽也是這么來的。
為什么鹽嘗起來是咸的?按照目前最新的研究結果來看,我們之所以會感覺到海水是“咸”的,或者說我們吃鹽會感到“咸”,其本質的原因在于我們舌頭上的味覺細胞,其中感受到咸味的是類膠質細胞,它其實是通過特異性的蛋白質感受鈉離子聚集,引起細胞的鈣離子內流,從而使得神經遞質得以釋放,于是,就有了神經信號的傳導,這時候人也就會感覺到了“咸味”,所以,食鹽的咸其實是鈉離子導致的。
最后,我們來總結一下,食鹽的主要成分是氯化鈉(NaCl),而鈉元素和氯元素其實大部分是在恒星核聚變和大質量恒星爆炸時所產生的。而早期地球的形成過程中就有不少的鈉元素,大概占到地球總量的2.6%,這部分鈉元素中的一部分和氯元素結合生成氯化鈉,也就是食鹽的主要成分,后來,等到地球冷卻下來后,地球開始有了雨水,形成了原始海洋,而雨水把原本地球表面的氯化鈉帶入到了海洋當中。這才使得海洋是咸的,而導致我們感覺到咸的主要是因為我們的味覺細胞可以感知到鈉離子的聚集。
鹽是巖石中的鈉元素與氯元素被水溶解后化合形成的,當然廣義的鹽還包括其他金屬陽離子如(鉀、鎂、鈣、鋁、鐵、銅等等)和酸根陰離子(如氯離子,硫酸根離子等等)形成的化合物。地球上的氯元素很豐富,所以目前海洋中主要是氯離子跟金屬離子形成的鹽。所以又叫做鹽酸。
鹽的形成有三個過程:
水的侵蝕和搬運過程降水會沖刷巖石里邊的礦物質(早期的巖石可能直接包含金屬的氧化物或氫氧化物),使得容易與水反應的金屬氧化物或氫氧化物轉變為金屬陽離子,然后溶于水中,同時也使易溶于水的酸性元素(如氯和硫)也溶于水中。不溶于水的那些成分如硅和某些鈣鹽,鎂鹽,鋁鹽等等,則留在原處,繼續做巖石。??
以鈉為例,因為鈉離子和氯離子都很易溶于水,所以就很容易被水帶到河流,然后最后匯集到海洋或者湖泊當中,這就是現在海水嘗起來很咸的原因(海水的苦味則來自于鎂、鈣等)。
太陽的蒸發作用太陽對海水的加熱讓水分蒸發到大氣當中,但是鹽類則無法蒸發,只能留在海洋當中,繼續成為海水的構成。如此一來,海水就變得越來越咸,因為留在海水中的鹽類成分越來越濃。海鹽的生產便是利用這個原理將海水灌注到鹽田里邊進行蒸發,最后留在鹽田里邊剩下的就是干燥的鹽,海鹽除了氯化鈉還有非常多的其他的鹽類,像氯化鉀,氯化鎂,溴化鉀,溴化鎂等等。這樣的粗鹽還需要經過熬制提純,才能得到我們日常所用的食鹽。
滄海桑田形成了鹽礦實際上地表上的鹽固體并不多,因為有降水的沖刷。除非是在常年干燥的地區沒有降水的情況下,鹽的晶體才可能在地表上留存,這種情況大多發生在沙漠地區。而地球上的大多數鹽礦則埋藏于地下。
這些地下埋藏的巖礦,實際上是因為地質作用形成的。例如,古時候的海洋漸漸的變成了沒有水源的內陸湖,最后內陸湖因為沒有水源的供給稀釋而逐漸咸化甚至干涸,最后留下了天然的鹽田,直到最后被土壤所覆蓋,深藏于地下就形成了鹽礦。像歐洲地中海沿岸,就有大量的天然鹽礦,這些鹽礦是古時候地中海一度因為直布羅陀海峽與大西洋的隔離而導致地中海的水位下降而形成的鹽灘。如今這些鹽礦大到可以在里邊開酒店。國內的鹽礦比較著名的就有四川自貢的井鹽(說明遠古時候,自貢地區是海洋或內陸湖泊,這里除了出產鹽之外,還出產恐龍化石)。
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