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转【经典】天然有机质的“析盐”效应

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发表于 2018-8-22 17:12:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

沈括《梦溪笔谈》中有一则记录,大意是,山西运城湖,有河一清一浊,清泉附近有人居住,而浊河则是居民像防盗一样防备的,究其原因,运城湖是一盐湖,居民依靠晒盐贩盐为生,清泉水含盐低,适合饮用,注入盐湖不会对湖水造成什么影响,加之,盐湖没有外流河流,常年蒸发,使水体盐含量增高。但是,浊河,含有大量的土壤颗粒(富含天然有机质,作者注),注入湖水后,就会与盐形成沉淀,淤积于湖底,考虑到杂质含量较高,这类湖底盐不是古人能有效利用的,因此被遗弃了。

看到这则记录时,我十分感叹于古人的智慧,他们在生产实践中总结了一些经验,有着极为科学的成分。虽然,他们并不知道让盐析出的本质原因,但就这些现象的总结,也成为了指导他们生产的重要依据。

天然有机质的“盐析”效应,在自然界中极为普遍,尤其是海洋里的“海雪”,我曾在《“海雪”对微塑料归趋及其生物可利用性的影响》一文中介绍了颗粒态天然有机质“海雪”,在盐湖中,与天然有机质形成淤泥的原理与“海雪”的形成极为类似。我也在一篇论文[1]中这样称呼湖泊中的天然有机质-盐复合体为“湖雪”,当时并未有很多文献支持,至少没有中国的文献,没想到在1000多年前的《梦溪笔谈》中已经有了记录,这应该早于现在发表的很多文献了。

天然有机质的“盐析”效应究竟是如何发生的呢?Chin (1998)在Nature上发表的文章中[2],研究了“海雪”的形成,认为是,二价离子(如Mg2+和Ca2+)与多糖分子(带负电荷)发生二价桥连作用,使得多糖聚集起来,逐渐长大,我相信,大家在品尝“海雪”的时候,已经会尝到咸的味道。

在内陆咸水湖中同样发生着如海洋中的作用,不过这里的天然有机质换成了腐殖酸类物质,作为含负电荷的有机质,它同样具备与盐湖中硫苦(MgSO4)发生二价桥连作用的能力[3],因此溶解性的有机质与盐湖相遇后,使自己形成颗粒态有机质沉入湖底[1],但同时也降低了湖水的盐度。


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▲ 胶体类有机质(如多糖)和微粒类有机质(腐殖酸)在二价离子参与下形成颗粒态有机质的过程



古人虽然不明白个中机理,但却成功的维持了盐湖的运营。这也让我不禁想到,如果人类不知道盐湖的秘密,湖泊会不会早已经消失,并沉积了无数矿物,成为今人的财富呢?




参考文献
[1] He, W., Chen, M., Schlautman, M.A., Hur, J., 2016. Dynamic exchanges between DOM and POM pools in coastal and inland aquatic ecosystems: A review. Science of The Total Environment 551–552, 415-428.
[2] Chin, W.C., Orellana, M.V., Verdugo, P., 1998. Spontaneous assembly of marine dissolved organic matter into polymer gels. Nature 391, 568–572.
[3] Myneni, S., Brown, J., Martinez, G., Meyer-Ilse, W., 1999. Imaging of humic substance macromolecular structures in water and soils. Science 286, 1335–1337

更多信息关注“天然有机质研究情报”。



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