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你所不知道的天然矿泉水形成原理
什么是天然矿泉水?

 
天然矿泉水是指从地下深处自然涌出的或者是经人工揭露的、未受污染的含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体的水。在通常情况下,其化学成分、流量、水温等动态在天然波动范围内的相对稳定。矿泉水是在地层深部循环形成的,含有国家标准规定的矿物质及限定指标。现行的《GB 8537-2008 饮用天然矿泉水》国家标准中规定锂、锶、锌、溴化物、碘化物,偏硅酸、硒、游离二氧化碳以及溶解性总固体这几项指标其中必须有一项(或一项以上)指标符合限值要求,才可称为天然矿泉水。 

表1  《GB 8537-2008 饮用天然矿泉水》中规定的矿物元素界限指标
项目 要求
≥0.20mg/L
≥0.20mg/L
(含量在0.20mg/L~0.40mg/L时,水源水水温应在25℃以上)
≥0.20mg/L
碘化物 ≥0.20mg/L
偏硅酸 ≥25.0 mg/L
(含量在25.0mg/L~30.0mg/L时,水源水水温应在25℃以上)
≥0.01mg/L
游离二氧化碳 ≥250 mg/L
溶解性总固体 ≥1000 mg/L
 
天然矿泉水的形成过程
地球上的水在太阳辐射和地球重力的作用下在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈层中循环运动,这一过程被称为水循环。天然矿泉水的形成是自然界水循环的结果。
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图1  水循环原理图
 
蒸发是水循环中最重要的环节之一,由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋,一部分还来自大陆表面的蒸散发。大气层中水汽的循环是蒸发——凝结——降水——蒸发的周而复始的过程。海洋上空的水汽可被输送到陆地上空凝结降水,称为外来水汽降水;大陆上空的水汽直接凝结降水,称内部水汽降水。全球的大气水分交换的周期为10天。在水循环中水汽输送是最活跃的环节之一。
 
水汽运输到大气中冷凝的水汽以不同方式下降到地球表面,形成降雨。在空气质量非常好的地区,如西藏高原等地,雨水在落到地面以前一般是较为纯净的,类似于纯净水。雨水落至地面以后一部分由于地形的起伏会逐渐汇集,形成江河湖泊;还有一部分会渗入地下,形成地下水。渗入地下的水部分滞留于包气带,部分转入饱水带。                                    https://pic4.zhimg.com/2ca96d338e96ab8cba8319f61e808c33_b.jpg
 
                                                          图2  包气带与饱水带
 
地表以下的岩层按照透过并给出水的能力大小可以划分为含水层和隔水层,地下水主要在含水层中富集和运动。当地下水在地下运动的漫长时间里,会发生缓慢的水岩相互作用,使岩石中的各种矿物质溶出到水体中,改变地下水的化学成分,导致地下水含有较多的矿物质。例如在岩溶地区,主要分布灰岩的岩层,石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3),在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2],后者可溶于水,导致地下水中钙离子和碳酸氢根离子含量升高。同样地下水在含有锶、锌、硒等微量元素的岩层中发生水岩相互作用能够形成含有特定有益微量元素的矿泉水,但是由于这些微量元素在地壳中分布较为稀少,能够形成优质的饮用天然矿泉水的地质条件也较少,所以优质天然矿泉水是一种珍贵的自然资源。
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   图3  地下水的在含水层中的运动
 
地下水在地下运动过程中遇到地形面与含水层或含水通道相交点时,地下水即可溢出地表。这种渗出的水如果沿着固定的出口,源源不绝地流出,就被人们称为“泉”。不同地方的泉水离子成分和含量不尽相同,需要经过检测与评价后才可判定为天然饮用矿泉水。