水滴石穿——从里约的绿色泳池的碱度说开去

单纯的碱度变化很可能不是这池水变绿100%的原因。要知道这一池水一天不晓得会洗下来多少运动员的汗水。中学生理卫生课教我们说汗水里有少量的尿素，这个尿素和尿里的尿素以及施用在农田里的作为化肥的尿素没有任何分别。前面笔者写过农田里的化肥会流到海里促进海洋微藻的爆发。如果你把一瓶自来水敞口放窗台上，过不了多少天瓶底下会长出绿油油的绿藻，这是空气传播来的藻种。

同样，在泳池里如果有空气吹来的绿藻的藻种的话，有这么充足的肥料滋养实在是不爆发都对不起观众。

这两天奥运会上除了有关兴奋剂的中澳和米鹅之间的口水战外，反复登上世界媒体头条的体育新闻恐怕非跳水场馆的绿油油的池水莫属了。昨天组织者声明这个绿色池水出现的原因是水处理设备里一种化学物质用光了，造成了水体的碱度降低。不知道管理人员是不是参加弹劾总统的集会去了还是跳桑巴累得睡着了，忘了维护的任务。不过组织者也坚持说这个绿色的池水不会影响运动员的健康。

恰好这个碱度是笔者工作中几乎天天都要面对的参数（尽管大多是有关海水），所以值得花点时间写一写，不过海水的碱度比淡水要复杂一些，这次就先拣简单的说。

说到碱度，可能很多人对它都很陌生。温度反映凉热，角度反映宽窄，这个碱度是个什么东西？其实，每个人每天都在和碱度打交道，只不过是不知道而已。

简单地说，碱度是水“中和”酸的能力。生活中最常见的能产生碱度的东西在厨房里，就是小苏打，化学名是碳酸氢钠。小学生最容易做的科学实验就是把小苏打溶解在水里，倒上一些白醋，会发现混合溶液里马上会有大量的气泡产生，加上点食品色素还可以做一个“液体火山”。这个就是醋里的乙酸（或者醋酸）和小苏打产生中和反应，释放出大量的二氧化碳。

所以对胃酸过多有“烧心”感觉人来讲，一个最快的减轻症状的办法就是喝一点小苏打水，因为胃酸的有效成分是大约0.5-1%的盐酸，这种酸性环境对消化蛋白质不可或缺（所以对因为胃部肿瘤造成全胃切除的病人来讲这种消化功能会几乎全部丧失，十分可怜）。当然药店有卖的的各种各样的钙片，有一类钙片的主要成分是碳酸钙，对烧心也有帮助。和小苏打一样，碳酸钙也可以中和胃酸。

曾经见过广告吹嘘一种钙片是珊瑚骨骼磨成，其实是炒作概念，因为珊瑚产生的碳酸钙和其他渠道产生的碳酸钙没有任何区别。当然这种中和作用只能是权宜之计，对胃酸持续过多的病人应该去看医生，而医生往往会推荐使用一种ß－受体抑制剂，常见的药物比如雷尼替丁、奥美拉唑等等，从减源的角度抑制胃酸分泌。当然饮食方面的注意也是必须的，不过这个离本文的主题就远了。

回到碱度上来，之所以说每个人都离不开碱度，是因为我们每天喝的水里面都或多或少含有一些碱度，这个和水流域的矿物组成和岩石的风化程度直接相关。说到碱度就离不开稍微解释一下水循环。

有一句古诗说的好“百川到东海，何时复西归”。古人光看见大江大河自西向东流，自然不懂这源源不断的河水哪里来的。而现代人都知道水会从海面上蒸发，水蒸气会变成云，云会飘向内陆，然后变成雨或雪落下来。就在雨水落下来的过程中，雨滴会溶解空气里的二氧化碳，落到地面上，雨水会在地面上流汇集到江河里，也会渗入地下加入地下水。

这样雨水中本来就溶解的二氧化碳，和地下水流过程中底层下面的微生物呼吸作用（也会产生二氧化碳），会和地表和地下的岩石发生缓慢的化学反应，这个反应叫“化学风化”。化学风化的直接作用就是岩石（例如碳酸盐和硅酸盐矿物）的缓慢溶解，释放出钙、镁离子和碳酸氢根离子。

这个化学风化在人们日常生活中的最直观表现就是“水滴石穿”。古人喜欢把这个联系到做事情持之以恒就能成功的哲学（类似的还有铁棒磨针的故事，当然还有酷吏的蛮不讲理），岂不知这还是个缓慢的化学反应的过程。

这样风化作用产生的碳酸氢根和前面说道的小苏打溶解在水里产生的碳酸氢根一样，都可以归结为一个碱度的概念，都同样可以中和酸。不过自然的河水和地下水和小苏打不一样的在于天然淡水里还溶解着钙镁离子。而碳酸氢根和钙镁离子在天然条件下还能相对稳定共存，如果灌进了烧水壶烧到滚开，碳酸氢根就会和钙镁离子重新结合产生白色的沉淀，就是俗称的“水碱”。尽管看起来很闹心，但如果把水碱沉淀好，大部分情况下这些水还是可以安全饮用的（水污染的当然要初外，比如闻起来有异味或者沉淀物带别的颜色）。

不同地方的水烧开水产生水碱的程度是不一样的，有的地方水碱多，有的地方水碱少。对于碱度有个很用的单位－百万分（即ppm），就是把碱度换算成每1000公斤（1000，000克）水里等同碳酸钙的克数。例如碱度为100ppm（即100克CaCO₃／升）的水里的碳酸氢根浓度是2毫摩尔／升，转换关系是100克CaCO₃＝ 1摩尔，由于每一摩尔的碳酸钙溶解可以释放出两摩尔的碱度，如果假设水的密度为1公斤／升，所以，这个碱度就变成了2摩尔／1000升，或者2毫摩尔／升（1摩尔＝1000毫摩尔）。

看不懂以上的转换没关系，重要的是要知道烧出来的水的水碱的多少和原来水里的碱度直接相关。对于靠河喝水的人来讲，不同的河水的碱度可以差别很大。比如正在开奥运会的巴西有全世界最大的河流－亚马逊，其河水的碱度大约在15 ppm。而对中国的母亲河之一的黄河，碱度却可以在70-280 ppm之间（据十多年前的一个报告），而长江的河水的碱度也在80-100 ppm之间。

不过需要了解的是这个碱度的差别和污染没有任何关系，这只和河流流域的矿物组成和风化的程度有关。在干旱地区由于蒸发的浓缩作用有些河流的碱度都可以达到好几百甚至至上千个ppm。在米国的密西西比河，近几十年河水碱度在逐年升高（大约在90-150 ppm之间），这是因为上游农场在不断往地里施放生石灰来抑制化肥使用过度造成的土壤酸化，结果有些石灰也被风化了冲进河水。不过很容易做出的推论是，拿亚马逊的河水和黄河长江的水去烧，很明显中国的这两条大河可能会产生很多的水碱，而亚马逊的水恐怕只会有很少的一点甚至没有。

和碱度相关的是水的硬度，指的是钙镁离子转化为等同碳酸钙的浓度（大于等于碱度）。有人担心水硬度大有害健康，不过世卫组织认为水的硬度对人的健康没有影响，相反，水里含有钙镁反而会帮人省下不少买“盖天力”之类营养品的钱，因为人体的吸收和钙镁的来源没有任何关系，反正这些进入人体的离子上贴不上商标。

回到里约的游泳池，那个调节水的碱度的化学物质其实就是碳酸氢钠，和厨房里用的小苏打并无二致。笔者查了一下，一般游泳池需要大约80-120 ppm的碱度，并维持7.2-7.6的pH值。不过同时池水里还需要有200-300ppm的钙离子。

从化学计量学的角度来讲，钙离子的浓度是远超碱度的，如果条件合适，泳池中的钙足够消耗掉所有的碱度（当然是理想状况下）。而如果不小心加多了钙会造成池水变浑，其实就是产生了碳酸钙，造成碱度降低。所以碱度的降低很可能是因为维护人员在这二者之间加量的配比出了点问题。

但是单纯的碱度变化很可能不是这池水变绿100%的原因。要知道这一池水一天不晓得会洗下来多少运动员的汗水。中学生理卫生课教我们说汗水里有少量的尿素，这个尿素和尿里的尿素以及施用在农田里的作为化肥的尿素没有任何分别。前面笔者写过农田里的化肥会流到海里促进海洋微藻的爆发。如果你把一瓶自来水敞口放窗台上，过不了多少天瓶底下会长出绿油油的绿藻，这是空气传播来的藻种。

同样，在泳池里如果有空气吹来的绿藻的藻种的话，有这么充足的肥料滋养实在是不爆发都对不起观众。所以这泳池里令组织者尴尬的绿色恐怕在很大程度上是因为循环过滤的设备出的问题，这微藻的爆发是以小时记的，类似于细胞分裂的速度。一旦爆发起来不是这么容易清楚，加氯气或者一些其他的化学制剂恐怕是必须要做的。

但无论如何，运动员的健康应该是不会受到什么影响的，不像有些人担心的那样。这些绿藻顶多也就是产生一点有机物质和氧，其实如果这池子里养点活物什么的倒可能是不错的主意，由于水生食物链的存在，给上足够的时间和运动员的汗水，这奥运会要是开上个几个月没准儿食堂里可以多开几道菜，就从这池子里捞东西做红烧鲤鱼、清蒸大虾什么的，这水里的东西的蛋白追根朔源其实都是运动员最初吃的牛、猪、鸡、甚至袋鼠之类的肉消化后排泄过来的。更多滤芯胶请访问www.pusino.com