地殼中含有87種化學(xué)元素，目前在天然水中基本都已發(fā)現(xiàn)。這些元素在天然水中的含量與巖石圈的平均組成相差很大。多種化合物溶于水，又隨著水文循環(huán)一起遷移，經(jīng)歷著不同環(huán)境，其數(shù)量、組成及存在形態(tài)都在不斷變化。這個過程受到兩方面因素的制約：一是元素和化合物的物理化學(xué)性質(zhì)；二是各種環(huán)境因素，如天然水的酸堿性質(zhì)、氧化還原狀況、有機質(zhì)的數(shù)量與組成，以及各種自然環(huán)境條件等。天然水的主要礦化作用如下：
1）溶濾作用土壤和巖石中某些成分進入水中的過程稱溶濾作用。當(dāng)?shù)乇硭虻叵滤鹘?jīng)土壤或巖石時，在與其密切接觸過程中，不斷地溶解其中常含有的易溶鹽類，從而提高了礦化度。按其溶解性能可分為兩類：一類是按礦物成分的比例全部溶于水中，稱全等溶解礦物，例如，氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽；另一類是礦物中只有一部分元素進入水中，而原始礦物保持其結(jié)晶格架，這一類稱不全等溶礦物，主要是硅酸鹽和鋁硅酸鹽。
2）吸附性陽離子交替作用天然水中離子從溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上，是吸附過程。同時膠體上原來吸附的離子，轉(zhuǎn)移到溶液中是解吸過程。吸附和解吸的結(jié)果，表現(xiàn)為陽離子交換。其特征有：①離子交換是可逆反應(yīng)，處于動態(tài)平衡；②離子交換以當(dāng)量關(guān)系進行；③離子交換遵守質(zhì)量作用定律。
膠體吸附的飽和容量稱為吸附容量。以100克膠體中吸附離子的摩爾數(shù)來表示。常見的粘土礦物，例如蒙脫石、伊利石、高嶺石吸附容量分別為80、30，10摩爾/100克。腐殖質(zhì)膠體的吸附容量可達350摩爾/100克。
膠體對各種陽離子的吸附能力不同，并有如下順序：
H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+
特別是在地下水和海水中，陽離子交替作用廣泛存在。常見到礦物初期地下水中的Ca2+與膠體上面吸附的Na+交替，使硬度較大的HCO3-Ca型水變?yōu)橛捕容^小的HCO3-Na型水。
盡管在地殼平均組成中，鉀和鈉的豐度很接近，而且鉀鹽的溶解度普通高于鈉鹽，但由于膠體吸附K+的能力大于Na+，并且植物普遍吸收K+，合成有機質(zhì)。所以天然水中鉀的含量遠(yuǎn)小于鈉的含量。
天然水中微量元素的難溶物質(zhì)遠(yuǎn)未達到飽和。膠體的陽離子交替作用能使許多重金屬離子從稀溶液中沉淀，轉(zhuǎn)為固相物，例如，使Mn、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Hg等重金屬從湖水、海水中向湖底、海底沉積。
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