地壳中含有87种化学元素,目前在天然水中基本都已发现。这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均组成相差很大。多种化合物溶于水,又随着水文循环一起迁移,经历着不同环境,其数量、组成及存在形态都在不断变化。这个过程受到两方面因素的制约:一是元素和化合物的物理化学性质;二是各种环境因素,如天然水的酸碱性质、氧化还原状况、有机质的数量与组成,以及各种自然环境条件等。天然水的主要矿化作用如下:
1)溶滤作用土壤和岩石中某些成分进入水中的过程称溶滤作用。当地表水或地下水流经土壤或岩石时,在与其密切接触过程中,不断地溶解其中常含有的易溶盐类,从而提高了矿化度。按其溶解性能可分为两类:一类是按矿物成分的比例全部溶于水中,称全等溶解矿物,例如,氯化物、硫酸盐、碳酸盐;另一类是矿物中只有一部分元素进入水中,而原始矿物保持其结晶格架,这一类称不全等溶矿物,主要是硅酸盐和铝硅酸盐。
2)吸附性阳离子交替作用天然水中离子从溶液中转移到胶体上,是吸附过程。同时胶体上原来吸附的离子,转移到溶液中是解吸过程。吸附和解吸的结果,表现为阳离子交换。其特征有:①离子交换是可逆反应,处于动态平衡;②离子交换以当量关系进行;③离子交换遵守质量作用定律。
胶体吸附的饱和容量称为吸附容量。以100克胶体中吸附离子的摩尔数来表示。常见的粘土矿物,例如蒙脱石、伊利石、高岭石吸附容量分别为80、30,10摩尔/100克。腐殖质胶体的吸附容量可达350摩尔/100克。
胶体对各种阳离子的吸附能力不同,并有如下顺序:
H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>Li+
特别是在地下水和海水中,阳离子交替作用广泛存在。常见到矿物初期地下水中的Ca2+与胶体上面吸附的Na+交替,使硬度较大的HCO3-Ca型水变为硬度较小的HCO3-Na型水。
尽管在地壳平均组成中,钾和钠的丰度很接近,而且钾盐的溶解度普通高于钠盐,但由于胶体吸附K+的能力大于Na+,并且植物普遍吸收K+,合成有机质。所以天然水中钾的含量远小于钠的含量。
天然水中微量元素的难溶物质远未达到饱和。胶体的阳离子交替作用能使许多重金属离子从稀溶液中沉淀,转为固相物,例如,使Mn、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Hg等重金属从湖水、海水中向湖底、海底沉积。
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