藏在岩石里面的水

茫茫宇宙中，地球之所以能呈现出气象万千、生机勃勃的景象，主要是因为地球上拥有形态各异的水。水不但是构成生命体本身最主要的物质，更为生命体的生存和活动提供了一个适宜的自然环境。

　　

　　地球上的水有哪些

　　

　　地球上的水包括：存在于大气中的水汽和水滴：存在于海洋、湖泊、水库、河流、土壤、含水层和生物体中的液态水；存在于冰川、积雪和永久冻土中的固态水；存在于岩石中的结晶水(结构水)。其中人类大量直接利用的水主要是大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和含水层的淡水(含盐量<0.1％)。冰川和积雪只有在融化为液态水后，才容易被利用。海水和其他咸水被直接利用的数量很小。两极冰盖和永久冻土中的水被直接利用的机会更少。

　　除了上面这些我们所熟知的形态外，地球岩石的空隙中也存在着各种形式的水。按其物理性质可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。此外，矿物晶体内部及其间还存在有沸石水、结晶水与结构水。这一类水到现在为止还很难被利用，因为它们被深深锁在岩石矿物的晶体结构中。

　　目前，人们对结晶水和结构水的认识还非常有限。其实，地球上的水最初就是作为结合水被禁锢于各种化合物中的，是在地球圈层分异过程中才被分离出来的。地表水最初在岩浆活动中从地球内部逸出。并形成地表和大气圈中强酸性的原始水(原生水)。从原生水到今天的自然水体，在水量和水质方面都经历了漫长的演变过程。35亿年前，地球表层的水量只有现在的1／10。在几十亿年的地质过程中，水不断从地球内部逸出来，使地表水量不断增加，终于使地球成为一一颗绝大部分为蓝色海洋覆盖的“水球”。如今，在地球岩石圈中仍存在着大量的水，这些水仍在不断向外逸出。当然，也有部分水逸出到宇宙空间。

　　

　　岩石中的水

　　

　　地球岩石主要是由各种矿物组成的，有些矿物中就含有水，矿物的性质与其含水量之间存在着密切的关系。根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把矿物水分为两类：一类是与矿物晶体结构无关的，统称为吸附水；另一类是参加品格或与矿物晶体结构密切相关的，称为结晶水、沸石水、层间水和结构水。其中，吸附水是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性水分子。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它们在矿物中的含量不定，随周围温度和湿度变化而有所不同。当温度达到100～110℃时，吸附水会全部从矿物中逸出而不破坏晶格结构。例如：黏士矿物之一的胶岭石是具有层状格架的矿物，水分可以进入层间，使层状格架间距加大；层状格架又可以排出水分，使格架间距缩小，因此胶岭石具有吸水后体积膨胀的特性。胶岭石中的水就是层间水。

　　与层间水不同，结晶水往往以中性分子形式存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，它是矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物的其他成分之间常成简单比例。不同的矿物中，结晶水与晶格联系的牢固程度是不同的，因此其逸出温度也有所不同。当晶体失去结晶水时，晶体结构遭到破坏，晶体可以通过重建形成新的结构。例如：蓝矾是由硫酸铜结合一定量的水所形成的晶体，化学式为cuso₄·5H₂o，学名五水硫酸铜。蓝矾受热会变成白色粉末，即不含水的硫酸铜。

　　结构水又称化合水，是以离子形式参加矿物晶格的“水”，在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的含量比。由于与其他质点有较强的键力联系，需要较高的温度(大约600～1000℃)才能逸出。当其逸出后，矿物晶格结构被完全破坏，晶体结构会重新改组。

　　在地壳深处的岩浆和岩石中，一直存在大量H₂o、co₂、F、cl、B等易挥发成分。这些挥发成分广泛充填于矿物粒间的孔隙、裂隙中，它们是成矿作用中物质带入或带出不可缺少的介质。有一些水也会参加变质反应，形成含水矿物。绿松石就是这样一种含水的磷酸盐，含水量为19.47％。人们熟知的明矾、生石膏、孔雀石也都是含水矿物。

　　

　　为何关注岩石中的水

　　

　　认识岩石中含水量及其变化在科学研究和实际生活中具有重大意义。科学家通过一系列实验岩石学，即在高温高压下对超高压岩石进行研究实验发现，超高压岩榴辉岩绿辉石和石榴石晶格缺陷中存在着大量的结构水。这些结构水在一定的温压条件下可以产生动力学不稳定性而在矿物颗粒边界析出并形成微量熔体，从而导致岩石有效压应力的下降并诱发高压条件下岩石的脆性破裂，这为认识固体地球400～700千米的深源地震机制提供了新的启示。

　　又比如，一些含水的宝石发生脱水作用时会出现颜色上的变化。这是因为有些宝石中不仅存在吸附水，而且含有结构水。在对宝石进行热处理优化过程中，若处理温度未达到破坏结构水的程度，则能完成宝石的改色任务；若加热温度过高，会将结构水从宝石内部驱赶出来，使宝石发生脱水作用，从而破坏宝石的结构。有些宝石还会因此发生变色，但这种变色往往不是人们所希望的。如将漂亮的欧泊加热到300℃左右，宝石就会失水，导致其变彩效应被破坏。粉红色玉髓变为橙、红或褐色，虎睛石加热产生的深褐至红褐色均与脱水作用有关。所以，在采用热处理优化珠宝玉石颜色时必须掌握好加热温度。

　　水还是引起岫玉颜色鲜艳和透明度变化的重要因素，失水会使岫玉颜色变浅，透明度变差。玉石收藏者常有这样的发现，从市场上买回的岫玉雕件在家摆了几天后，颜色明显变浅了，透明度也变差了，玉石中间的杂质反而由模糊变清晰了。人们称此现象为“跑色”。显然，这种跑色现象降低了岫玉的品质。经初步研究，跑色现象是由于岫玉失水所致。岫玉是由蛇纹石组成的。蛇纹石是一种含水的层状硅酸盐矿物。在常温下。岫玉可脱失吸附水和部分层间水。懂行的商家在出售岫玉前，往往会将容易跑色的岫玉放于水中一段时间，然后才拿出来出售。由于此时的岫玉吸足了水，颜色和透明度均好，能卖个不错的价钱。然而当买家拿回家后不久，岫玉因脱水，其颜色和透明度会再度变差。

　　随着人类对地外星球探索活动的增加，能到地外星球上生活也成了人类的梦想。到外星生活的首要条件是必须要有能够利用的游离态的水。但到目前为止，天文学家尚未发现月球或火星上存在有游离水的确切证据。曾有天文学家和天文爱好者声称他们多次发现月球上有云、雾和水气团存在，并认为这些水气团可能来自月球的内部。科学家们设想，即便在月球或火星上找不到游离状态的水，如果能证明月球或火星岩石中存在结晶水或结构水并想办法将其“挤”、“压”或“榨取”出来，人类有朝一日仍有可能实现落户月球或火星的梦想。

　　

　　责任编辑　赵　菲