守護生命之源的隱形密碼：地下水化學組分與水質～感謝《地球》刊載

湖上明月

地下水化學組分、質量與健康：守護生命之源的隱形密碼 水是生命之源，地下水以其分布的普遍性、質量的優良性和豐枯年際之間的可調節性及供水可保證性，在人類生存和發展中扮演者不可或缺的重要角色，其化學組分構成及由此而來的質量，直接關系著人的健康。原生的地質環境和人類活動的影響決定著一個地區地下水化學組分、質量及其變化。 地下水化學組成：天然礦物質與人類活動的印記 水是良好的溶劑，地下水是復雜的溶液。地下水中有多少種化學物質似無定論，組成地殼的87中元素已在地下水中發現70余種。地下水化學組分是長年累月水-巖相互作用疊加人類活動影響的結果，也是大氣降水、地表水滲入地下過程中、進入地下水系統之后的履歷。這些組分按化學性質可分為無機組分、有機組分、氣體和微生物。 地下水中無機化學成分豐富多樣，宏量組分包括Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等，含量多大于10mg/L，占天然水中離子總量的95%-99%。微量組分含量通常在0.01-10.0mg/L之間，一般小于1mg/L，常見有As、Br、I、Sr等；雖含量相對較少，但卻賦予地下水特殊性質和功能，如含鍶礦泉水則具有一定保健功效,而砷含量超標則會對人體健康造成嚴重危害。 地下水中有機物主要由C、H、O組成，同時含有少量N、P、S、K、Ca等其他元素。其來源是水從土壤、泥炭和其它包含有植物遺體的各種形成物中淋溶出來的物質，如腐殖質等，或是隨生活、醫院和農牧業污水等下滲到地下水中。一些有機污染物還具有生物累積性和持久性，難以降解，會在地下水中長期存在，對地下水環境造成潛在威脅。 地下水中常見溶解氣體有O2、CO2、CH4、N2、H2以及Ar、Kr、He等，主要來源于大氣以及巖層中的生物化學作用，對地下水化學性質、地質作用以及生態環境都有著重要影響。地下水中微生物組分主要包括細菌、真菌、藻類等，對地下水化學組分轉化和循環具有重要調控作用，與地下水質量和生態功能密切相關。 水質：關鍵指標的健康警示 地下水水質是地下水物理、化學和生物性質的總稱。水質評價所選擇的指標按照《地下水質量標準》（GB/T 14848），包括常規性和非常規性指標，這些指標從含量上說既有宏量組分，也有微量組分；從化學性質上說，既有無機、有機物質組分，也有氣體和微生物。常規指標反映地下水水質基本狀況的指標，包括感官性狀及一般化學指標、微生物指標、常見毒理學指標和放射性指標；非常規指標是根據地區和時間差異或特殊情況確定的指標，反映地下水中所產生的主要水質問題。 依據我國地下水水質狀況和人體健康風險,參照生活飲用水和工業、農業等用水水質要求,依據各組分含量高低（pH除外）分為五類。I類:地下水化學組分含量低，適用于各種用途；II類:含量較低，適用于各種用途；III類:含量中等，以生活飲用水衛生標準為依據主要適用于集中式生活飲用水水源及工農業用水；IV類:含量較高，以農業和工業用水質量要求以及一定水平的人體健康風險為依據，適用于農業和部分工業用水，適當處理后可作生活飲用水；V類:含量高,不宜作生活飲用水。僅就適宜人類飲用功能而言，I-III類地下水適合，IV類地下水需要處理后飲用，V類地下水不宜飲用。 《地下水質量標準》制修訂30余年來，參與評價的指標由39項增至153項，這種增加反映出隨著經濟社會發展，人類活動對地下水水質的影響不斷加大，包括人類合成物質進入地下水，如微塑料，還有人類活動改變水文地質條件進而影響化學物質進入地下水的過程以及地下水中化學反應等。另一方面，也反映出我們對地下水水質的重視，大力提升了化學分析檢測技術和檢測儀器性能，更多的化學物質、含量更少的化學物質可以被檢測，其與人類健康關系的醫學研究和確證的因果關系正在深入開展。 關于健康飲水的探索 有研究表明，人類健康水平的提高和壽命的增加，得益于兩大關鍵進步，一是能夠獲取清潔衛生的飲用水，二是免疫疫苗的助力。在人類文明的進程中，人類從逐河溪而居的被動，到掌握開發利用地下水后遷徙度增加的主動，地下水扮演了重要角色。在發明和利用對飲用水源進行消毒處理技術以前，大部分地區地下水以其水質好、不易污染而在安全供水中優于水質、水量相對保障程度低的地表水。即使在水處理技術空前發達的今天，地下水也以其富含人體必須的礦物質而具有不可替代的飲用價值。 人類在走過漫長的解渴而飲的生存飲水之后，進入持續改進的避免疾病的生活飲水，現在逐漸趨向于促進健康的生態飲水階段。在第一階段，我們直觀看到的是清澈透明的水，感受到水的嗅和味，有的水有臭味或魚腥味（含有H2S或有機質），咸味（NaCl）、苦味（MgCl2）、澀味（MgSO4）、鐵銹味（Fe2O3），而有的水有甘冽之感（Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2、CO2），人們跟著感覺走而取舍。在第二階段，我們發現一些疾病的地域性分布，后來研究確定與長期飲用某種水有關，如與高氟地下水有關的飲水型氟中毒、與高砷地下水有關的飲水型砷中毒、與低碘地下水有關的大脖子病等，后來又發現長期飲用低氟地下水、高碘地下水也對身體有害，于是在確定安全含量上限的同時，進一步探索一些元素的適宜含量區間。另一方面，我們也發現地下水中一些特殊的元素有益于健康，如鍶具有強壯骨骼、防治心血管疾病之功效，偏硅酸對主動脈硬化具有軟化作用，對心臟病、高血壓等均有一定醫療保健作用，但限于經濟發展水平和認識水平，開發利用有限。在以第二階段為基礎而提升的第三階段，對飲水的追求趨向三極，一是純凈水，二是礦泉水，三是集中或分散供水的自來水。按照國家相關規范供應的自來水符合飲用水衛生標準，且是最經濟方便的來源。對于純凈水的利弊，各方尚在爭論之中。而對于天然礦泉水對健康的益處，已經得到并將更加受到重視和追捧。 品種多樣的飲用天然礦泉水 天然礦泉水品種多樣，作用于人體的部位或器官也不同，其益處有些具有普適性，有些具有靶向性，我們可以綜合考慮個體差異，如年齡、性別、身體狀況等因素對礦泉水攝入與健康關系的影響等科學選用。 根據《食品安全國家標準飲用天然礦泉水》（GB 8537-2018），飲用天然礦泉水是指從地下深處自然涌出的或經鉆井采集的，含有一定量的礦物質、微量元素或其他成分，在一定區域未受污染并采取預防措施避免污染的水。在通常情況下，其化學成分、流量、水溫等動態指標在天然周期波動范圍內相對穩定。這一定義明確了礦泉水的來源、成分特征以及穩定性要求，使其區別于其他類型的飲用水。 礦泉水分類一般依據礦物質成分的差異，可分為偏硅酸型、鍶型、鋅型、鋰型、硒型礦泉水等。根據科學研究表明，鋰型礦泉水中（鋰含量≥0.2mg/L）“鋰”元素屬于情緒元素，可提高人體免疫機能；對于促進人體鎮靜、安神以及控制神經紊亂、調節中樞神經都具有重要作用。鋅型礦泉水（鋅含量≥0.2mg/L）中的“鋅”不僅在核酸代謝、細胞復制、免疫活性、組織修復和生長方面起重要作用，同時在促進生長發育、生殖遺傳、免疫、骨骼代謝等生理過程中同樣起著極其重要的作用。硒型礦泉水（硒含量≥0.1mg/L）中的“硒”可以在一定程度上清除自由基、改善人體血液循環，具有延緩衰老、促進新陳代謝的功效。 水文地質工作者常說：“讀懂地下水的化學語言，就是解讀人類可持續發展的密碼。”地下水化學組分如同大地的血液檢測報告，既記載著地球演化的奧秘，也警示著人類活動的邊界。通過科學認知水質特征、嚴格執行質量標準、建立風險防控體系，我們才能守護好這份埋藏在地下的生命饋贈。

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