水是生命之源

第五章 水是生命之源水是地球上分布最广泛的一种物质，它存在于大气和地壳中， 并为动植物生命体的重要组成部分。水是人类维系生命的营养素， 它与阳光、空气一样是生命系统的三大要素。在国际上，水已成 为世界性的紧缺物资。有人断言，如果石油是 20 世纪国际争端的 因素，那么，水将是 21 世纪引发战争的导火线。5.1 水是生命存在和发展的必要条件自然界原始生命起源于水环境之中。原始大气中的水蒸气及 甲烷、氨、氮、氢、二氧化碳等在宇宙射线、紫外线、闪电等高 能作用下可合成一系列的有机化合物，这些有机物通过雨水作用， 经地表径流，汇入原始海洋，使海洋不仅集聚了大量无机盐类， 还含有大量的形形色色的有机化合物，如氨基酸、核苷酸等。它 们经过长期的缩合作用或聚合作用等化学进化过程，从有机小分 子合成生物大分子，如蛋白质、核酸、类脂、多糖等。生物大分 子在单独存在的情况下不可能表现出生命现象，只有当它们在水 溶液中互相作用时可聚集形成蛋白质、核酸等多分子体系，才能 初步显示出某些生命现象，这种多分子体系就是原始生命的萌芽， 再经过不断进化，这些多分子体系逐渐从原始海洋中分离出来， 形成一个独立的体系，进行最原始的新陈代谢作用和繁殖过程， 即演变为原始生命。非细胞形态的生命不断演变，发展为细胞形 态的生命，再由单细胞生物逐渐演化为多细胞生物，直至发展为 种类繁多的动植物。可见，水是自然界生命起源的必要条件之一。生命过程中也同样离不开水。任何生物体大部分是由水组成 的，植物体内平均含水量为 70，鱼体内水分为 70一 80， 水母身体中水分可达 95，人体平均含水量为 50一 60，其 中血液里含水量在 90以上，就连骨头里也含有 20的水分。水 在生物体内不是静止的，水是生物体新陈代谢的一种介质，它把 生物体的营养过程和新陈代谢过程联系起来，从而维持生物内物 质及能量的转化过程。例如植物的光合作用也是在水直接参与下 进行的，既制造维持生命所必须的糖类等各种营养物，又为生命 提供必要的氧化剂游离氧。水对动物体还起着散失热量、调 节体温的作用。水是生命存在和发展的必要条件。纯水是一种无嗅无味无色的液体，它以固、液、气三种形态 同时存在于地壳表面。5.1.1 水的化学组成与性质 水是由氢和氧两种元素组成，分子式为 H 0。氢元素有 3 种同 位素，即氕（音Pie,符号为旧）、氘（音dao,，符号为2H,或D, 重氢）和氚（音chuan,符号为3H,或T,超重氢）；氧也有3种 同位素（160、 170 和 180），两种元素各有三种同位素彼此可以组成 18 种不同成分的水,它们组成了水的家族。但在水家族中,“家 庭”的成员数量不均衡,其中 1H 160 占全部天然水的 9973。 由氕氘氚组成的水各自称为氕水（一般常见的水）、氘水（重水）和 氚水（超重水）。重水?。）在普通水中只含有0.02%,它的质量比 普通水要大一些,密度也大,故有“重水”之称,物理性质与一 般水有较大的差别,化学上也有自己的特性。超重氢组成的超重 水（I?。）具有放射性，性质与一般水也有所不同，地球上的氚更少, 只有 714 千克；氚化水有放射性。水在某种条件下会分解成两个离子：带正电的 H+（H0+） 和带负 电的OH-（羟基）。这些离子又能与溶解在水中的物质发生分解作 用水解。水与二氧化碳是光合作用的基本物质：6CO+6H0 CH 0+602 2 6 12 6 2 因为有了光合作用,地球上才有了生命及其存在的条件。在标准大气压下，水的凝固点是OoC；水的沸点是lOOoC。当 水的温度降低至 O0C 以下时,水分子运动减弱,水就由液态变成 固态冰。当随着温度升高,水分子运动速度加快,以至逸出 液面蒸发到空间,变成水蒸气。水蒸气遇冷就会冷凝成液体,这 是下雨的原理。5.1.2 人体中的水水是维持人体正常生理的重要营养物质之一,它影响体内各 种生化反应,又是体内进行生化反应的良好的场所。各种营养物 质先溶解于水中,才能运送到身体各个组织器官的细胞中,水的这 种箔解作用和运输作用是人体得以进行新陈代谢的强大动力。人体的 70%是由含盐0.9%的水组成,一个成年人如每天得 不到2.53升的水，就会干渴难忍。人体只要失去1/5的水， 在医学上就会产生脱水症状而产生虚脱。一位美国博士精辟地阐 述了水对人的作用：“水可以作为强体剂、镇静剂、泻剂、发汗剂、 兴奋剂和新陈代谢的促进剂。”5.1.3 水在工、农业生产中的作用水不仅为人体生理所需，而且利用它创造很多物质财富，水 是“万物之本”，是人类宝贵的自然财富，是工农业生产不可缺少 的物质资源。世界上几乎没有一种工业不用水，也找不到有任何 一种作物不用水来滋润和灌溉。没有水，工厂就不能开工；没有 水，农田就不能耕作；缺少水，经济发展也受到影响；缺少水， 人们的日常生活也将受到威胁。没有水，工农业生产不能发展，社会经济发展就会停滞，人 们生活环境将受到威胁。水是人类社会发展的必要条件，水是人 类宝贵的自然财富，是工农业生产不可缺少的物质资源。5.2 水的循环5.2.1 自然界水的类型地球上的水在太阳热力作用下，形成巨大的循环系统，按它 存在的部位分为大气水、地表水及地下水三种。地球表面的广大自由水面、潮湿地面、土壤表层和植物叶茎 的水分，在太阳辐射能的作用下，以蒸发状态存在于大气中，蒸 汽在低层大气中凝结集聚成雾，或在大气中成云，以雨、雪、雹 等形成作为大气降水落下。这些进入大气圈的水分统称为大气水 或空中水。降水降到地表，顺着坡度逐渐汇集成集中的水流为河流，积 于湖盆凹地的水流为湖泊，最终注入海洋。这些水体水面暴露于 地面，称为地表水。地面以下的各种状态水分称地下水。地下水按水力特征可分 为有自由液面的自由地下水和具有压力、能沿裂缝或孔隙上涌的 承压地下水，按其埋藏深度又可分浅层地下水和深层地下水。地 下水在地层中流动，有时形成地下河流或地下湖泊。5.2.2 我国的水资源经专家计算，我国多年平均地表水资源量为 27115 亿立方米， 多年平均地下水资源量为 8288 亿立方米，扣除重复量，全国多年 平均年水资源量为 28124 亿立方米。中国是世界上用水量最多的 国家，1993 年全国淡水取用量达 5255 亿立方米，大约占世界取 用量的 12。我国是一个水资源十分短缺的国家，占世界第六位。人均水 资源量仅占世界平均水平的 14，为全球 13个贫水国之一。中国水资源分配与土地资源分布十分不均：长江流域及其以 南地区有全国 81.0的水资源，而土地仅占全国的 36.0，黄河淮河 -海河流域有着全国 365的土地，而水资源却仅占 75。水土资源不相匹配，生态环境相对脆弱。我国地域广阔， 南北跨度极大。远距离调水的难度可想而知。我国人均水资源量 为 2300 立方米，到 2030 年人口高峰将达到 16 亿时，人均水资源 占有量为 1700 立方米将接近或达到世界公认的用水警戒线。5.3 水的污染人类大规模的生产活动，在使用水的同时，也往往使某些有 害的物质进入水体，引起天然水体发生物理上和化学上的变化。 引起水体污染有自然污染和人为污染两个方面。自然污染主要是 自然原因造成，如特殊地质条件使某种化学元素大量富集，天然 植物腐烂产生毒物或降雨淋洗大气和地面后夹带各种物质流入水 体。人为污染是人类生活和生产活动中给水源带进了许多污染物， 女口城镇生活污水和垃圾、矿山的建设和开采排放的废水、工业 生产排放的废水和废渣、农业生产中喷洒的农药和大量的施肥。 水污染毁坏农田，造成严重减产或颗粒无收，水污染对渔业危害 显而易见，水的污染，影响到工业产品的质量。水的污染，对人 类生命与健康也带来严重的威胁，一方面可引起急性或慢性中毒， 另一方面造成传染病的蔓延，危害子孙后代。5.3.1 水是怎样被污染的外来的其他物质在水体中的含量超过水体本身的自净能力， 而使水达不到洁净水的标准，水就被污染。对水产生污染有三种 污染源，分别是生活污染源、工业传染源和农业污染源。对水体 污染可通过直接污染或间接污染。直接往江河湖泊及大海排放污 水废渣，放射性物质降落或水体底部地质体中含放射性物质，海 难事件中原油的泄漏，属直接污染；向天空排放废气、垃圾场的 污水、酸雨酸雾对水体污染是通过大气、土壤的转化而传染地表 水及地下水，此类属间接污染。归结起来，有四条途径会使水产 生污染：(1) 地质背景造成的地球化学污染，使水中增加许多有毒、有害元 素，如铅、镉、汞、砷、氟、铁、锰、铬、铜等元素；(2) 生活型污染，主要是未经处理的生活垃圾、人、畜、禽、鼠的 粪便与尸体，使肠道病菌、病毒、支原体、螺旋体与原虫进入水 源，如消毒不力，便会引起痢疾、肝炎、伤寒、肠炎等多种疾病；(3) 农业生产中的农药、化肥、杀虫剂、除虫剂等进入地下水，使 人体中毒，甚至致癌、促癌、助癌和致突变作用；(4) 石油工业、化学工业、造纸工业等工业废水、废气、废渣对地 下水和水源的污染。据统计，全球每年有 4200 亿立方米的污水排 人江河湖海，使 5.5 亿立方米的淡水受到污染，已有近两万亿立 方米的污水排人人类饮用的水源和地下水，对人类健康造成严重 的威胁。产生毒物或降雨淋洗大气和地面后夹带各种物质流入水 体。人为污染是人类生活和生产活动中给水源带进了许多污染物， 女口城镇生活污水和垃圾、矿山的建设和开采排放的废水、工业 生产排放的废水和废渣、农业生产中喷洒的农药和大量的施肥。 水污染毁坏农田，造成严重减产或颗粒无收，水污染对渔业危害 显而易见，水的污染，影响到工业产品的质量。水的污染，对人 类生命与健康也带来严重的威胁，一方面可引起急性或慢性中毒， 另一方面造成传染病的蔓延，危害子孙后代。5.3.2 水污染的类型和来源固体、气体、液体、热和放射性物质都会造成污染。包括有 机物和无机物在内的化学物质，也有天然产生的火山喷发。岩石 天然风化产物，也有大量生活和生产活动所排放。表5-5水污染的主要类型禅型物理化学生理学生物学放射性要染标志1. 色泽变化2. 浊度变化3. 水温变化1. 有机污染物质(1) 生物可降解的有机 物质(2) 有机合成物质(3) 油脂类物质(4) 富营养化物质(5) 多环芳香婭致癌物质(6) 其他有毒物质2. 无机污染物质(1) 可溶性无机化合物及 矿物质(2) 无机耗氧化合物(3) 重金属和其他有毒 物质1.臭气2异味1. 病原菌2. 其他污水1. 团锁性物 理辐射2. 开放性同 位素这些污染包括以下几个方面。(1) 微生物污染 生活污水、医院污物、垃圾随地表水进入 河、湖、塘、海，污染了水体。这些物质带来大量的病原微生物 人、畜喝了污染的水便会生病。几次地区性、世界性的霍乱大暴 发，都是由于水污染所致。(2) 有机污染 有机物在污水中是病原微生物的营养来源。有 机物在生化作用时分解，消耗水中的氧，严重威胁水生生物，特 别是鱼类的生命。(3) 富营养化 生活用水中的有机物、洗涤剂、农药、化肥和 工业垃圾、废水中有许多氮、磷及有机碳等植物所需的营养物质， 它的存在促进藻类大量繁殖，是海洋形成“赤潮”的根源。(4) 恶臭 金属冶炼、炼油、石油化工、塑料、橡胶、造纸、 制药、农药、化肥、颜料、皮革、油脂及鱼肠兽骨加工，产生的 恶臭，污染大气及生活用水。(5) 酸碱污染 来自造纸、化纤、制革、采矿与炼油工业的废 水，常为生活用水带来酸碱的污染，杀死鱼类和水生生物，抑制 水中微生物，使水失去自净能力；空气环境的污染，使天然降水 产生酸雨或酸雾，损害植物的生长，使土壤酸化，使钙、镁、磷 钾等营养元素流失。(6) 地下水硬度升高 生活垃圾、污水、土壤中有机质生化分 解，产生二氧化碳，导致水中钙离子浓度升高，水质硬度升高， 严重影响人类身体健康和工业锅炉用水。(7) 毒污染 非金属的无机毒物 ( 氰、氟、硫等离子 ) 、重金 属和金属无机毒物(汞、镉、铅、铬、锌等)，易分解有机毒物如 挥发性的酚、醛、苯，难分解的有机毒物如滴滴涕、六六六等农 药及多氯联苯、多环芳烃、芳香胺等芳香烃类化合物，易污染水 后，通过食物链进人人体，使人体中毒。(8) 油污染 冲洗机件、油轮、陆地上工业排污，海滩及海上 采油常常使油污染危害水生生物，严重影响鱼类及海边的生态 环境。(9) 热污染 冶金、化工、机械和电力工业，特别核电厂、热 电厂排出的热，会导致水体的化学、生化变化，水温升高减少水 中氧含量，加速水体的富营养化。(10) 放射性污染 天然放射性核素、核武器试验的沉降物， 核工业与其他工业的废水、废气、废渣等废弃物都会污染水体， 使人类产生放射性疾病及白血病和恶性肿瘤。54 保护人类生存的生命源在 20 世纪末，专家们不断发出警报，整个地球面临缺水的严 峻局面。1977 年联合国水会议就已发出警告“水不久将成为 一个深刻的社会危机，继石油危机之后的下一个危机便是水”。专 家们指出，目前全球每年有 1200万人死于缺水，有13亿人缺少 安全可靠的饮用水，未来 25 年中将有 30 亿人面临严重缺水的局 面。全球范围内的供水危机已经成为 21 世纪各国政府在制订政 治、经济、环境和社会发展目标时首要考虑的课题。因此，我们 必须保护好人类生存的生命源。浪费、污染、水分配不均、农田大量灌溉是全球水危机的根 本原因。我国是严重的缺水大国，在 40 多个严重缺水国家中居前列。 国家经济发展迅速、工业高速增长，人口城市化进程加快，国家 能投入环境保护的资金有限，使我国以单位国民生产总值的污水 排放量计，要比发达国家高得多。因此，我们必须认真开展工业 废水和城市污水的治理工作。此外，减少农业用水量，实行科学 灌溉，尽一切可能开源节流。与此同时，人们还要努力寻找新的 水源，一方面是打井开钻，在地球上寻找新的水源，动脑筋利用 南极、北极的冰山中的水；另一个含义是想方设法向大海借水， 进行海水淡化，向空气借水。总之，我们要通过多方面进行教育，以唤起一种全民性的惜 水、节水，防洪抗旱，保持水土，防治污染，综合利用等众多方 面的“水环境意识”，好好保护人类生存的生命源。类属间接污染。 归结起来，有四条途径会使水产生污染：(1)地质背景造成的地球 化学污染，使水中增加许多有毒、有害元素，如铅、镉、汞、砷 氟、铁、锰、铬、铜等元素； (2)生活型污染，主要是未经处理 的生活垃圾、人、畜、禽、鼠的粪便与尸体，使肠道病菌、病毒 支原体、螺旋体与原虫进入水源，如消毒不力，便会引起痢疾、 肝炎、伤寒、肠炎等多种疾病；(3)农业生产中的农药、化肥、杀 虫剂、除虫剂等进入地下水，使人体中毒，甚至致癌、促癌、助 癌和致突变作用；(4)石油工业、化学工业、造纸工业等工业废水、 废气、废渣对地下水和水源的污染。图 5-3 显示了污水的来源。 据统计，全球每年有4200 亿立方米的污水排人江河湖海，使5.5 亿立方米的淡水受到污染，已有近两万亿立方米的污水排人人类 饮用的水源和地下水，对人类健康造成严重的威胁。