书城科普大自然的奥秘
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第11章 生命之源正在枯竭(2)

而且,我国的水量分布也很不均匀,东南部和南部地区受季风影响,雨量充沛,在雨水较多的夏季,如7月份降水量可达200~700毫米;降水量较少的1月份也在100毫米以上。但我国北部和西北部降水量较少,特别冬春季节十分干旱,1月份的降水量大都在10毫米以下。到21世纪初,全国600多座城市中,已有400多个城市存在供水不足问题,其中比较严重的缺水城市达110个,全国城市缺水总量为60亿立方米。

据监测,目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染,且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,进一步加剧了水资源短缺的矛盾,对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响,而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。

水利部门预计,2030年中国人口将达到16亿,届时人均水资源量仅有1750立方米。在充分考虑节水情况下,预计用水总量为7000亿至8000亿立方米,要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿立方米,全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限,水资源开发难度极大。

美国民间有影响的智囊机构——世界观察研究所发表的一份报告中称:“由于中国城市地区和工业地区对水需求量迅速增大,中国将长期陷入缺水状况。”中国的黄河在过去的10多年年年断流,其中1997年断流226天。流经中国一些人口稠密集地区的淮河去年也断流了90天。根据卫星拍摄的照片,数百个湖泊正在干涸,一些地方性的河流也在消失。到21世纪初,全国600多座城市中,有400多座城市缺水,其中严重缺水的有110个。其中北京市的人均占有水量为全世界人均占有水量的1/13,连一些干旱的阿拉伯国家都不如。

水资源危机严重地威胁了我国人民的生活和社会的发展。过度开采也是引发水资源危机的一大诱因。水资源的过度开发,导致了一系列的生态环境问题,过度开采地下水会引起地面沉降、海水入侵、海水倒灌等环境问题,水资源危机将会导致生态环境的进一步恶化;粮食是人类生活不可缺少的物质,充足的粮食供给是现代化社会的首要标志之一,粮食的生产依赖水资源的供给,随着水危机的不断加剧确,城市、工业与农业争水日益突出。

随着社会经济的发展,国民经济依赖水资源的程度越来越大,水资源危机势必给国民经济带来损失,并且随着水资源危机的加剧损失不断加大。如果在水资源开发利用上没有大的突破,在管理上不能适应这种残酷的现实,水资源很难支持国民经济迅速发展的需求,水资源危机将成为所有资源问题中最为严重的问题,它将威胁中华民族腾飞,前景十分令人忧虑!所以我们必须全民动员,才能建设一个“天更蓝、地更绿、水更清”的生态环境。

水污染将人类引向毁灭

众所周知,当污染物进入水体后会引起水质恶化。其实,水体是有一定的自净能力的,但是,进入水体的污染物在一定时间范围内超过水体自净能力就会导致水体污染。在人类生产活动所造成的水体污染中,工业排放引起的水体污染最为严重,如工业废水,它含污染物多,成分复杂,不仅在水中不易净化,而且处理起来也比较困难。由于水量比较大,一般不采用外河道换水的方法,而是采用原位修复的办法。

现如今,社会在进步,各行各业在发展,人口也日愈增多,值得我们警醒的问题出现了,我们在发展的同时,却对我们赖以生存的水资源造成了严重污染。拿工业水体来说,污染状况及其严重,常见的污染物有以下几种类型:

(1)病原微生物污染

生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水,常含有各种病原体,如病毒、病菌、寄生虫。水体受到病原体的污染会传播疾病,如血吸虫病、霍乱、伤寒、痢疾、病毒性肝炎等。历史上流行的瘟疫,有的就是水媒型传染病。如1848年和1854年英国两次霍乱流行,死亡万余人;1892年德国汉堡霍乱流行,死亡750余人,均是水污染引起的。

(2)耗氧污染物

在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中,含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中,可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气,因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少,影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后,有机物进行厌氧分解,产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味,使水质进一步恶化,变黑发臭。

(3)酸、碱、盐无机污染物

包括生活污水、工业污水或农药、化肥等各种酸、碱、盐等无机物,它们可使淡水资源的矿化度提高,影响各种用水水质。水体中无机盐增加能提高水的渗透压,对淡水生物、植物生长产生不良影响。在盐碱化地区,地面水、地下水中的盐将对土壤质量产生更大影响。

(4)植物营养物污染

主要指锌、氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化的物质。水体中营养物质过量所造成的“富营养化”对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。

(5)有毒物污染

有毒污染物指的是进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化,引起暂时或持久的病理状态,甚至危及生命的物质,主要有砷、氟、铅、汞、硝酸盐等。

(6)放射性物质污染

放射性污染是放射性物质进入水体后造成的。放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水,向海洋投弃的放射性废物,核爆炸降落到水体的散落物,核动力船舶事故泄漏的核燃料;开采、提炼和使用放射性物质时,如果处理不当,也会造成放射性污染。水体中的放射性污染物可以附着在生物体表面,也可以进入生物体蓄积起来,还可通过食物链对人产生内照射。

(7)热污染

热污染是一种能量污染,它是由工矿企业向水体排放高温废水造成的,可影响鱼类的生存和繁殖,加速某些细菌的繁殖,助长水草丛生,厌气发酵,恶臭。

值得一提的是,前不久英国诺丁汉大学开发出一种清除水中微污染物的新方法,他们利用阳光和一种无害的化学物质钛白清除水中的微污染物,取得了良好效果。用这一技术处理生活污水或工业废水,不会对环境造成危害,是一种环保型清污新技术。

据报道,科学家新开发的这种称为“光催化喷泉反应器”的设备,能有效地将杀虫剂或其它残存的农药分子分解为二氧化碳和水。其主要过程为,使受污染的水通过一个特殊设计的喷嘴,然后,在水中加入钛白粉,让阳光或人工紫外线从喷嘴产生伞状的喷泉顶端照下。这样,光催化剂充分吸收太阳辐射后,便能有效地使污染物分解。经过净化的水将注入一个沉淀池中,以便水中的钛白粉沉淀后重新利用。

现在,水的清洁与否已成了人类生死攸关的大问题,解决水质污染,将对人类社会产生深远的影响。

海水里的盐从何而来

众所周知,海水是咸的,其原因是海水中含有各种盐分,平均每1000克海水中含35克盐。也就是说海水中有3.5%左右的盐,其中大部分是氯化钠,还有少量的氯化镁、硫酸钾、碳酸钙等。正是这些盐类使海水变得又苦又涩,难以入口。有人估计,如果把海水中所有的盐分都提取出来,铺在陆地上,可得到厚153米的盐层;如果铺在我国的国土上,可使我国平均高出海面2400米左右。

那么这些盐类究竟来自何方?有科学家称,海水并不是一开始就充满盐分的,海水中的大部分的盐确是“淡水”的河流带来的。最初的海洋的水量远不及现在的海洋,同时最初的海水含有的盐份也很少,口味可能仅相当于我们现在喝的淡水。但是,自从地球上的第一场雨从天而降,开始冲刷年轻的陆地表面,海水的盐度就改变了。雨水在数亿年的时间里敲击着裸露的岩石,破坏岩石的结构,将矿物质溶解并带走。这些矿物质包括氯化钠、氯化镁、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钾等,也就是化学家们所定义的盐。这些盐随着地面的水流向低处迁移,诸多的水流汇聚为浩浩荡荡的大江大河,并最终注入大海。从古到今,海洋中不断补充着来自陆地的盐。

然而,河流带来盐的同时,也将大量的淡水带到了海洋中,因此单凭河流注入这一个因素,并不能使海水变咸。海洋中盐的浓度增加,还依赖普照万物的太阳将海水蒸发。太阳光的能量被海水吸收后,海水表面的温度升高,使水变成水蒸气的趋势增强了。水在蒸发的过程中,由液态变成了气态,却将原来所含有的盐份留在海水中,并不带走。而海面上的水蒸气却在风的催促下背井离乡,运动到陆地的上空,当它与一团冷空气遭遇时,水蒸气又变成了小水滴,在重力的作用下,水滴落向地面,形成了降雨。降雨给盐份搬运工程又增加了一批生力军,一个新的循环过程开始了。正是在海洋与陆地之间水循环的过程中,海洋中盐的浓度越来越高。天长日久,海洋里的盐份越积越多,于是海水就变成咸的了。这是一种“后天说”。

有的科学家不同意上述看法。他们认为,海水一开始就是咸的。是先天就形成的。根据他们的观测研究发现,海水并没有越来越咸,海水中的盐分并没有显著的增加,只是在地球的各个地质历史时期,海水中含盐分的比例是不同的。

还有一些科学家认为,海水之所以是咸的,不仅有先天的原因,也有后天的原因;不仅有大陆上的盐类不断加入到海洋中去,而且在大洋底部随着海底火山喷发,海底岩浆溢出,也会不断地给海洋增加盐类。这种说法得到了大多数学者的赞同。

那么,海水会不会越来越咸呢?含盐量高达25%的死海似乎肯定了这种推测。其实不然,因为海洋也会通过以下几种方式“释放”盐分、把盐分“归还”于陆地:

(1)海洋中含盐类的可溶性物质的浓度达到一定程度时,会互相结合成不溶性化合物,沉入海洋的底部。

(2)海洋中的生物体内吸收了一定的盐类物质,当海洋生物死去后,它的尸体沉到海底。

(3)台风暴发时,狂风巨浪,海水被卷到陆地上,海水中的盐类物质也被带到陆地;从漫长的陆地变迁历史看,在海洋的海湾地带,由于地壳的升高而与海洋隔断。这些被隔离的地带,在太阳光的“肆虐”下,变成陆地,留下大量盐分。

那么,海水会不会越变越淡呢?这也不太可能,雨水和江河湖水每天连续不断地流入海内,海水的咸度会保持相对的平衡状态。当然,这不排除在某一个海域某一段时间,海水会变咸或变淡。

如何赶走海水中的盐分

地球表面2/3的面积被水覆盖,但水储量的97%为海水和苦咸水,这些水是很丰富的。但是,要利用海水必须经过淡化。目前,全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水。据统计,海水淡化系统与生产量以每年10%以上的速度在增加。亚洲国家如日本、新加坡、韩国、印尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化做为替代水源,以增加自主水源的数量。

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术,可以增加淡水总量,且不受时空和气候影响,水质好、价格渐趋合理,可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。

由于海水中有大量的盐,能从海水中去除盐份提取出淡水,是人类追求了几百年的梦想。早在世界大航海的时代,英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。时至今日,海水淡化的方法虽然有了数百种之多,生产出的淡水也风味各异,但以经济合算的标准衡量,仍然不尽如人意。

表面看海水淡化很简单,只要将咸水中的盐与淡水分开即可。最简单的方法,一个是蒸馏法,将水蒸发而盐留下,再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水逐渐变咸的过程是类似的,只不过人类要攫取的是淡水。另一个海水淡化的方法是冷冻法,冷冻海水,使之结冰,在液态淡水变成固态的冰的同时,盐被分离了出去。两种方法都有难以克服的弊病。蒸馏****消耗大量的能源,并在仪器里产生大量的锅垢,相反得到的淡水却并不多。这是一种很不划算的方式。冷冻法同样要消耗许多能源,得到的淡水却味道不佳,难以使用。

1953年,一种新的海水淡化方式问世了,这就是反渗透法。这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。在通常情况下,半透膜允许溶液中的溶剂通过,而不允许溶质透过。由于海水含盐高,如果用半透膜将海水与淡水隔开,淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧,从而使海水一侧的液面升高,直到一定的高度产生压力,使淡水不再扩散过来。这个过程是渗透。如果反其道而行之,要得到淡水,只要对半透膜中的海水施以压力,就会使海水中的淡水渗透到半透膜外,而盐却被膜阻挡在海水中。这就是反渗透法。反渗透法最大的优点就是节能,生产同等质量的淡水,它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此,从1974年以来,世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。