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发信人: emacs (被淹死的鱼), 信区: Science
标  题: 《新疆域》古老的水
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月15日15:56:02 星期六), 站内信件


                          古老的水

    古老的盐矿对储藏核废料安全吗？我们能够保证在数千年之后，
地表水不会渗入矿中去腐蚀容器，导致核废料渗漏，使它们广泛散布
到土壤中去污染所有它们所接触的东西吗？

    检验这个未知状况的一个方法就是研究过去。在遥远的过去，海
洋的一些浅湾在雨水很少的情况下被无情的太阳蒸发而逐渐干涸，形
成了盐矿。

    当海洋干涸后，由于水太少而不能使盐完全溶解。在炎热的天气
中盐的晶体不断生长，很快便形成一层盐晶。盐越来越多，水就越来
越少，最终形成完全干化的盐壳。随着时间一年一年地过去，灰尘和
沙土覆盖到盐层之上，最终把盐层深深地理在不断聚集的土壤之下。
瞧！这样就形成了盐矿。

    在盐壳形成时，偶然的降雨会把淡水浇注到盐壳之上。这些水在
短时间里会溶解很少量的盐。但随着云飘雾散，天气又会变热，炎热
的阳光射向水面，又使其蒸发。

    水的蒸发和盐晶的生长之间存在一种竞争。晶体有时生长得非常
快，以至于它可在一小滴水的周边形成。同样，它也可以在一小滴正
在干涸的海水的边缘形成。目前有可能在盐矿中找到这样的晶体，它
们中可能含有许多小水滴。水滴也许是在古老的海湾干涸时形成的，
可追溯到数千万年以前。这些非常古老的水与我们有什么关系呢？这
些水难道不随时间发生变化吗？不！它不随时间变化，但它随蒸发而
变化。

    每个水分子都是由两个氢原子和一个氧原子构成。每个氢原子的
原子量为1，每个氧原子的原子量为16，所以水分子的分子量为1十1十
16＝18。然而，极少数（6500个里有一个）的氢原子的原子量为2。另
外，每500个氧原子里有一个氧原子的原子量为18，每2500个氧原子里
有一个的原子量为17。因此，有极少的水分子的分子量为19、20、21
或22，而不是18，这要看有多少个重的氢原子和氧原子渗入到水分子
中。

    现在已经能够非常精确地测定一批纯净水的平均分子量，并且可
精确到小数点后好几位。由于水仅含有少数重的原子，所以平均分子
量仍然仅略高于18，无论是自来水还是取自海洋中的水。

    当水蒸发时，较轻的分子蒸发的要略快一点（由于轻，它们能比
较容易地脱离整个水体）。因此，如果相当数量的水被蒸发，那么剩
余的一点水就会含有相对多的较重的分子，这些分子的平均重量就会
比淡水的分子量大得多。

    现在我们再来考虑含有水滴的盐晶体。人们可以估算出从不断干
涸的海水中形成一个特殊盐晶需要的时间。研究这种盐的亚里桑那州
立大学的地质学家们有一颗已形成了4亿年的晶体，它所含的小水珠是
至今所知道的最古老的水样。从要贮藏核废料的一个盐矿中取出的盐
标本是在2.5亿年前形成的。

    这些盐晶所含的水是在其蒸发时被捕获的。因此，它应该富含重
原子，相对于淡水的分子量来说，它的平均分子量应明显增大。如果
这种古老的水没有被破坏过，那么这个结论至少应该是正确的。如果
土壤中的水渗透到盐矿中去，并且有一点进入到晶体之中，那么它应
该是相对新的水。在阴暗的盐矿中它不会被蒸发得很多，其分子量将
会是一个较低的平均值。

    亚里桑那州的地质学家们已经对盐晶中的水进行了检测，主要是
利用光从后面对晶体照射，并用小倍率显微镜进行研究。他们数百次
地从这些小水滴中抽取样品，检测它们的分子量。

    分析结果表明，这些分子比较重。因此可以得出这样一个结论，
即晶体中的水数百万年来一直保持原样。所以，盐矿也许确实是储藏
核废料的安全之地。


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