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水滴石穿——從里約的綠色泳池的堿度說開去

單純的堿度變化很可能不是這池水變綠100%的原因。要知道這一池水一天不曉得會洗下來多少運動員的汗水。中學(xué)生理衛(wèi)生課教我們說汗水里有少量的尿素，這個尿素和尿里的尿素以及施用在農(nóng)田里的作為化肥的尿素沒有任何分別。前面筆者寫過農(nóng)田里的化肥會流到海里促進海洋微藻的爆發(fā)。如果你把一瓶自來水敞口放窗臺上，過不了多少天瓶底下會長出綠油油的綠藻，這是空氣傳播來的藻種。

同樣，在泳池里如果有空氣吹來的綠藻的藻種的話，有這么充足的肥料滋養(yǎng)實在是不爆發(fā)都對不起觀眾。

這兩天奧運會上除了有關(guān)興奮劑的中澳和米鵝之間的口水戰(zhàn)外，反復(fù)登上世界媒體頭條的體育新聞恐怕非跳水場館的綠油油的池水莫屬了。昨天組織者聲明這個綠色池水出現(xiàn)的原因是水處理設(shè)備里一種化學(xué)物質(zhì)用光了，造成了水體的堿度降低。不知道管理人員是不是參加彈劾總統(tǒng)的集會去了還是跳桑巴累得睡著了，忘了維護的任務(wù)。不過組織者也堅持說這個綠色的池水不會影響運動員的健康。

恰好這個堿度是筆者工作中幾乎天天都要面對的參數(shù)（盡管大多是有關(guān)海水），所以值得花點時間寫一寫，不過海水的堿度比淡水要復(fù)雜一些，這次就先揀簡單的說。

說到堿度，可能很多人對它都很陌生。溫度反映涼熱，角度反映寬窄，這個堿度是個什么東西？其實，每個人每天都在和堿度打交道，只不過是不知道而已。

簡單地說，堿度是水“中和”酸的能力。生活中最常見的能產(chǎn)生堿度的東西在廚房里，就是小蘇打，化學(xué)名是碳酸氫鈉。小學(xué)生最容易做的科學(xué)實驗就是把小蘇打溶解在水里，倒上一些白醋，會發(fā)現(xiàn)混合溶液里馬上會有大量的氣泡產(chǎn)生，加上點食品色素還可以做一個“液體火山”。這個就是醋里的乙酸（或者醋酸）和小蘇打產(chǎn)生中和反應(yīng)，釋放出大量的二氧化碳。

所以對胃酸過多有“燒心”感覺人來講，一個最快的減輕癥狀的辦法就是喝一點小蘇打水，因為胃酸的有效成分是大約0.5-1%的鹽酸，這種酸性環(huán)境對消化蛋白質(zhì)不可或缺（所以對因為胃部腫瘤造成全胃切除的病人來講這種消化功能會幾乎全部喪失，十分可憐）。當然藥店有賣的的各種各樣的鈣片，有一類鈣片的主要成分是碳酸鈣，對燒心也有幫助。和小蘇打一樣，碳酸鈣也可以中和胃酸。

曾經(jīng)見過廣告吹噓一種鈣片是珊瑚骨骼磨成，其實是炒作概念，因為珊瑚產(chǎn)生的碳酸鈣和其他渠道產(chǎn)生的碳酸鈣沒有任何區(qū)別。當然這種中和作用只能是權(quán)宜之計，對胃酸持續(xù)過多的病人應(yīng)該去看醫(yī)生，而醫(yī)生往往會推薦使用一種?－受體抑制劑，常見的藥物比如雷尼替丁、奧美拉唑等等，從減源的角度抑制胃酸分泌。當然飲食方面的注意也是必須的，不過這個離本文的主題就遠了。

回到堿度上來，之所以說每個人都離不開堿度，是因為我們每天喝的水里面都或多或少含有一些堿度，這個和水流域的礦物組成和巖石的風化程度直接相關(guān)。說到堿度就離不開稍微解釋一下水循環(huán)。

有一句古詩說的好“百川到東海，何時復(fù)西歸”。古人光看見大江大河自西向東流，自然不懂這源源不斷的河水哪里來的。而現(xiàn)代人都知道水會從海面上蒸發(fā)，水蒸氣會變成云，云會飄向內(nèi)陸，然后變成雨或雪落下來。就在雨水落下來的過程中，雨滴會溶解空氣里的二氧化碳，落到地面上，雨水會在地面上流匯集到江河里，也會滲入地下加入地下水。

這樣雨水中本來就溶解的二氧化碳，和地下水流過程中底層下面的微生物呼吸作用（也會產(chǎn)生二氧化碳），會和地表和地下的巖石發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，這個反應(yīng)叫“化學(xué)風化”。化學(xué)風化的直接作用就是巖石（例如碳酸鹽和硅酸鹽礦物）的緩慢溶解，釋放出鈣、鎂離子和碳酸氫根離子。

這個化學(xué)風化在人們?nèi)粘Ｉ钪械淖钪庇^表現(xiàn)就是“水滴石穿”。古人喜歡把這個聯(lián)系到做事情持之以恒就能成功的哲學(xué)（類似的還有鐵棒磨針的故事，當然還有酷吏的蠻不講理），豈不知這還是個緩慢的化學(xué)反應(yīng)的過程。

這樣風化作用產(chǎn)生的碳酸氫根和前面說道的小蘇打溶解在水里產(chǎn)生的碳酸氫根一樣，都可以歸結(jié)為一個堿度的概念，都同樣可以中和酸。不過自然的河水和地下水和小蘇打不一樣的在于天然淡水里還溶解著鈣鎂離子。而碳酸氫根和鈣鎂離子在天然條件下還能相對穩(wěn)定共存，如果灌進了燒水壺燒到滾開，碳酸氫根就會和鈣鎂離子重新結(jié)合產(chǎn)生白色的沉淀，就是俗稱的“水堿”。盡管看起來很鬧心，但如果把水堿沉淀好，大部分情況下這些水還是可以安全飲用的（水污染的當然要初外，比如聞起來有異味或者沉淀物帶別的顏色）。

不同地方的水燒開水產(chǎn)生水堿的程度是不一樣的，有的地方水堿多，有的地方水堿少。對于堿度有個很用的單位－百萬分（即ppm），就是把堿度換算成每1000公斤（1000，000克）水里等同碳酸鈣的克數(shù)。例如堿度為100ppm（即100克CaCO₃／升）的水里的碳酸氫根濃度是2毫摩爾／升，轉(zhuǎn)換關(guān)系是100克CaCO₃＝ 1摩爾，由于每一摩爾的碳酸鈣溶解可以釋放出兩摩爾的堿度，如果假設(shè)水的密度為1公斤／升，所以，這個堿度就變成了2摩爾／1000升，或者2毫摩爾／升（1摩爾＝1000毫摩爾）。

看不懂以上的轉(zhuǎn)換沒關(guān)系，重要的是要知道燒出來的水的水堿的多少和原來水里的堿度直接相關(guān)。對于靠河喝水的人來講，不同的河水的堿度可以差別很大。比如正在開奧運會的巴西有全世界最大的河流－亞馬遜，其河水的堿度大約在15 ppm。而對中國的母親河之一的黃河，堿度卻可以在70-280 ppm之間（據(jù)十多年前的一個報告），而長江的河水的堿度也在80-100 ppm之間。

不過需要了解的是這個堿度的差別和污染沒有任何關(guān)系，這只和河流流域的礦物組成和風化的程度有關(guān)。在干旱地區(qū)由于蒸發(fā)的濃縮作用有些河流的堿度都可以達到好幾百甚至至上千個ppm。在米國的密西西比河，近幾十年河水堿度在逐年升高（大約在90-150 ppm之間），這是因為上游農(nóng)場在不斷往地里施放生石灰來抑制化肥使用過度造成的土壤酸化，結(jié)果有些石灰也被風化了沖進河水。不過很容易做出的推論是，拿亞馬遜的河水和黃河長江的水去燒，很明顯中國的這兩條大河可能會產(chǎn)生很多的水堿，而亞馬遜的水恐怕只會有很少的一點甚至沒有。

和堿度相關(guān)的是水的硬度，指的是鈣鎂離子轉(zhuǎn)化為等同碳酸鈣的濃度（大于等于堿度）。有人擔心水硬度大有害健康，不過世衛(wèi)組織認為水的硬度對人的健康沒有影響，相反，水里含有鈣鎂反而會幫人省下不少買“蓋天力”之類營養(yǎng)品的錢，因為人體的吸收和鈣鎂的來源沒有任何關(guān)系，反正這些進入人體的離子上貼不上商標。

回到里約的游泳池，那個調(diào)節(jié)水的堿度的化學(xué)物質(zhì)其實就是碳酸氫鈉，和廚房里用的小蘇打并無二致。筆者查了一下，一般游泳池需要大約80-120 ppm的堿度，并維持7.2-7.6的pH值。不過同時池水里還需要有200-300ppm的鈣離子。

從化學(xué)計量學(xué)的角度來講，鈣離子的濃度是遠超堿度的，如果條件合適，泳池中的鈣足夠消耗掉所有的堿度（當然是理想狀況下）。而如果不小心加多了鈣會造成池水變渾，其實就是產(chǎn)生了碳酸鈣，造成堿度降低。所以堿度的降低很可能是因為維護人員在這二者之間加量的配比出了點問題。

但是單純的堿度變化很可能不是這池水變綠100%的原因。要知道這一池水一天不曉得會洗下來多少運動員的汗水。中學(xué)生理衛(wèi)生課教我們說汗水里有少量的尿素，這個尿素和尿里的尿素以及施用在農(nóng)田里的作為化肥的尿素沒有任何分別。前面筆者寫過農(nóng)田里的化肥會流到海里促進海洋微藻的爆發(fā)。如果你把一瓶自來水敞口放窗臺上，過不了多少天瓶底下會長出綠油油的綠藻，這是空氣傳播來的藻種。

同樣，在泳池里如果有空氣吹來的綠藻的藻種的話，有這么充足的肥料滋養(yǎng)實在是不爆發(fā)都對不起觀眾。所以這泳池里令組織者尷尬的綠色恐怕在很大程度上是因為循環(huán)過濾的設(shè)備出的問題，這微藻的爆發(fā)是以小時記的，類似于細胞分裂的速度。一旦爆發(fā)起來不是這么容易清楚，加氯氣或者一些其他的化學(xué)制劑恐怕是必須要做的。

但無論如何，運動員的健康應(yīng)該是不會受到什么影響的，不像有些人擔心的那樣。這些綠藻頂多也就是產(chǎn)生一點有機物質(zhì)和氧，其實如果這池子里養(yǎng)點活物什么的倒可能是不錯的主意，由于水生食物鏈的存在，給上足夠的時間和運動員的汗水，這奧運會要是開上個幾個月沒準兒食堂里可以多開幾道菜，就從這池子里撈東西做紅燒鯉魚、清蒸大蝦什么的，這水里的東西的蛋白追根朔源其實都是運動員最初吃的牛、豬、雞、甚至袋鼠之類的肉消化后排泄過來的。更多濾芯膠請訪問s1l6e.cn