地下水污染

天然地下水通常富含溶解的元素和化合物，这些元素和化合物来自水经过的土壤、风化层和基岩。这些溶解的元素和化合物中有些是有毒的，而另一些在小浓度时是可以忍受的，但在高浓度时是有害的。人类和工业废料地下水的污染日益严重，地下水资源的过度使用导致了地下水位的下降，并导致了其他问题，特别是在沿海地区。海水可能会进入，取代枯竭的淡水，当水从含水层的孔隙空间中被抽走时，地表可能会下沉。

美国公共卫生局(U.S. Public Health Service)已经对家用和其他用途的天然水中溶解物质(称为总溶解固体物，简称t.d.s)的浓度设定了限制。的表格饮用水“美国标准”列出了美国的这些限制。许多其他国家，尤其是慢雷竞技手机版app性病水资源短缺比如许多中东国家，他们的标准要宽松得多。甜水是家庭使用的首选，每升水的总溶解固体含量低于500毫克(mg)。淡水和微盐水，滴水率在1000 - 3000mg /L之间，适用于牲畜和灌溉。t.d.s.浓度较高的水不适合人类或牲畜饮用。用高浓度t.d.s水灌溉农田。

美国饮用水标准

水 分类	总溶解固体(T.D.S.)
甜蜜的	< 500 mg/L
新鲜的	500 - 1000 mg / L
轻微的生理盐水	1000 - 3000 mg / L
适度的盐水	3000 - 10000 mg / L
很盐	10000 - 35000 mg / L
盐水	> 35000 mg/L

也不建议这样做，因为水会蒸发，但会留下溶解的盐和矿物质，从而退化并最终破坏土地的生产力。

大量的总溶解固体或特定有毒元素的引入都会降低地下水的质量或污染地下水。地下水中溶解的固体大部分是当地基岩溶解产生的盐类或基岩产生的土壤。盐也会渗入沿海地区的地下水，特别是当这些水被抽出来使用的时候。在这种情况下，海水通常会进入，取代枯竭的淡水。这一过程被称为海水侵入。

地下水中的溶解盐通常包括碳酸氢盐(HC03-)和硫酸盐(S042-)离子，通常与其他离子有关。溶解的钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg+)会使水变得“硬”。硬水的定义是含有超过百万分之120的溶解钙和镁。硬水中的溶解离子使肥皂难以起泡，它们会在水龙头和管道上形成一层坚硬的矿化堆积。在软水器中加入钠(Na+)可以软化硬水，但人们用心脏问题或者那些低盐饮食的人不应该这样做。在地下水经过石灰岩或白云岩的地区，硬水很常见，这些岩石含有高浓度的富含Ca2+和Mg2+的岩石，地下水很容易溶解。

地下水可能有许多其他污染物，有些是天然的，有些是人类活动的结果。人类污染物，包括动物和人类粪便、杀虫剂、工业溶剂、道路盐、石油产品和其他化学品，在许多地区都是一个严重的问题。一些最大和最危险的地下水污染源包括化学和汽油储存罐，化粪池系统，垃圾填埋场，危险废物场，军事基地，以及普遍广泛使用的道路盐和化学品，如化肥或杀虫剂。

美国环境保护署领导了美国化学储罐泄漏的清理工作。据估计，美国有超过1000万个地下化学储存罐，其中含有汽油、石油和危险化学物质等化学物质。随着时间的推移，这些坦克可能会泄漏，在过去的20年里，许多较老的坦克都需要更换，引入新一代坦克，这些坦克应该寿命更长，腐蚀更少。

家庭和商业化粪池系统对一些人构成严重威胁地下水系统．大多数设计为有效工作且无害，但有些安装不当或设计不当。

在许多情况下，地下水供应已经被排入下水道的化学物质和其他污染物污染，进入化粪池系统，然后进入地下水系统。

在美国，已知和废弃的危险废物处理场超过2万处。其中一些含有许多桶的化学物质和危险物质，可以泄漏，污染水的供应．垃圾填埋场也可能含有许多有害化学物质——在设计垃圾填埋场时，它们应该包含一个保护性的不渗透底层，以防止化学物质进入地下水系统。但是，一些被错误地放置在垃圾填埋场的化学物质有时会在基础层上烧出洞来，(与无数其他化学物质一起)进入地下水系统。

在全国部分冰冻地区，道路盐通常被用于减少道路上的冰量。这些盐溶解在雨水中，最终也会进入含水层，使含水层变咸。再加上草坪和农田施肥的化学物质，以及农药的应用，这些化学物质的数量开始对地下水质的安全产生重大影响。

地下水污染，无论是自然的还是人为的，都是一个严重的问题，因为有限的供水很重要。地下水系统中的污染物不会像地表溶解的毒素那样，被下一次雨水冲走水系统做的。地下水污染物通常有一个停留时间，或它在系统中停留的平均时间长度，数百年或数千年。许多地下水系统能够使用细菌清洗自身的天然生物污染物，但其他化学污染物的停留时间较长。

地下水中的砷

在世界部分地区，许多人因地下水中溶解的砷而生病。砷中毒会导致各种可怕的疾病，包括色素沉着(大量的红雀斑)、角化过度(皮肤上的鳞状病变)、皮肤上的癌变和鳞状细胞癌。砷可以通过几种方式进入食物链和人体。在中国贵州省，村民们在室内用煤火烘干辣椒。不幸的是，煤中含有丰富的砷(砷含量高达35000 ppm)，而这些砷大部分都转移到了辣椒中干燥过程．成千上万的当地村民现在砷中毒，癌症和其他形式的疾病破坏了家庭和整个村庄。

大多数天然存在的砷是通过饮用被污染的地下水进入食物链的。地下水中的砷通常是由风化岩石和土壤中的矿物质溶解形成的。在孟加拉国和印度的西孟加拉邦，由于地下水中含有高浓度的天然砷，有2500万至7500万人面临砷中毒的风险。

自1975年以来，美国饮用水中砷的最高允许含量一直是50十亿分之一．美国环保署一直在考虑对饮用水中砷的允许含量采取新的标准。美国国家科学院的科学家建议将砷的允许含量降低到十亿分之十，但这一水平被布什政府否决了。问题在于成本:美国环保署估计，要将砷含量提高到拟议中的10 / 10，企业和纳税人每年将花费1.81亿美元，尽管一些私人基金会认为这一估计太低了三倍。他们估计，成本将转嫁到消费者身上，住宅水费将翻两番。美国环保署估计，降低砷含量所带来的健康益处每年可防止7至33人死于砷相关的膀胱癌和肺癌。这些问题反映了政府的一个微妙而艰难的选择。美国环保署试图“以合理的成本最大化健康减排效益。”每年应该花多少钱来拯救7-33条生命?这些钱花在别处会更好吗?

砷在美国或世界其他地方的地下水系统中浓度并不均匀。美国地质调查局在2000年发布了一系列地图，显示了美国数万个地下水井中砷的浓度。砷主要集中在西南部，在其他地方也有一些峰值，如德克萨斯州南部、蒙大拿州的部分地区(由于采矿作业)和上平原各州的部分地区。也许针对高浓度砷的补救计划是最具成本效益的，对健康的益处也最大。

污水污染

地下水污染的一个主要问题是污水。如果氯仿细菌进入地下水，含水层就会被破坏，在用水饮用之前必须小心并进行样本分析。在许多情况下，砂过滤可以去除细菌，被氯仿细菌和其他人类废物污染的含水层比被许多其他元素和矿物毒素污染的含水层更容易清洗。

虽然关于人类排泄物污染地下水的严肃而详细的讨论超出了本百科全书的范围，但读者可以参考本章末尾列出的资料来获得更详细的描述。

沿海含水层海水入侵

海水侵入饮用和灌溉井是世界各地许多沿海社区日益严重的问题。在陆地环境中，地下水位下的多孔土壤和岩石通常被淡水饱和，而海洋下的多孔沉积物和岩石则被盐水饱和。在沿海环境中，淡水和含盐地下水之间必须有一个边界。在某些情况下，边界是垂直的，而在其他情况下，边界是倾斜的，密度较大的盐水位于较轻的淡水之下。在地层复杂或分层的地区，边界可能是复杂的，由许多透镜体组成。

在正常的平衡状态下，淡水和盐水之间的边界保持相当稳定。在干旱边界可能向陆地移动或向上移动，在降水过多的时候，边界可能向海洋移动或向下移动。随着海平面上升，边界向内陆移动，以前开采淡水的水井开始开采盐水。这叫做海水入侵或侵犯。

许多沿海社区已经高度发展，许多居民区、城市和农业用户从地下水井中获取水。当这些井从沿海含水层抽出的水超过了新降雨和其他输入到含水层的水时，停留在盐水晶状体上的淡水晶状体就会枯竭。这也会导致盐水进入空洞的孔隙空间，取代淡水。最终，随着抽水的继续，淡水透镜变得如此枯竭，水井开始从含水层抽取盐水，水井实际上变得无用。这是盐水侵入或侵蚀地下水井的另一种方式。在严重干旱的情况下，这一过程可能是自然的，但在大多数情况下海水入侵这是由于沿海含水层的过度抽取，再加上干旱条件。

美国许多地方都遭受海水入侵。例如，许多东海岸社区已经失去了他们的水井，不得不改用从远处水库管道引入的水供家庭使用。在更复杂的情况下，纽约长岛西部经历了严重的海水侵入其沿海含水层，因为在19世纪末和20世纪初，含水层被过度抽取。在20世纪50年代安装了下水道之后，曾经由化粪池系统返回地下含水层的废水开始直接排入大海，结果在20年的时间里，地下水位下降了20多英尺。这种下降伴随着更多的海水入侵。地下水位在20世纪70年代开始恢复，当时大部分地区开始使用从纽约市北部卡茨基尔山脉的水库抽水的水。

总结

世界上大部分的淡水被锁在冰川或冰盖中，大约25%的淡水储存在地下水系统中。地下水系统中的水在不断缓慢地流动，雨水和积雪渗透到地下水系统中补充水分，并排放到溪流、湖泊、泉水中，并从井中提取出来。水在多孔网络中流动形成含水层，而限制水流的地下层被称为水层。断裂带含水层通常由不渗透、无孔的结晶岩石单元组成，但切割岩石的断层和裂缝会沿裂缝产生新的或次生孔隙。如果暴露在地表，这些裂缝可能会充满水，在干旱地区成为极好的水源。

地下水系统受到各种污染物的威胁，从自然溶解但致命的元素，如砷，到污水，再到从地下储存容器泄漏或随意倾倒的工业废物和石油产品。有些化学元素在地下水系统中的停留时间很短，不久就会被有效地清除，但其他元素可能会持续数年或数千年，地下水才可以再次饮用。

参见水圈;流星的;的土壤。

进一步的阅读

艾黎，威廉·M，托马斯·e·赖利和o·l·弗兰克。〇地面的可持续性水资源．莱斯顿，弗吉尼亚州:美国地质调查局通告1186,1999。

福特，D.和P.威廉姆斯。喀斯特地貌与

水文。伦敦:Unwin-Hyman, 1989。《环境地质学》第8版。恩格尔伍德悬崖，新泽西州:普伦蒂斯霍尔出版社，2000。洪水:地表和地下水系统的危害。纽约:档案事实，2008年。斯金纳，布莱恩·J·和斯蒂芬·c·波特。《动态地球，物理地质学导论》，纽约:John Wiley & Sons出版社，2004年第5版。美国地质调查局。“水资源”。网上。 URL:http://water.usgs.gov/．2007年12月10日访问。

英国天文学家、地球物理学家、数学家、气象学家、物理学家埃德蒙·哈雷于1656年11月8日出生在英国肖尔迪奇，他因发现以他的名字命名的彗星而闻名。哈雷于1682年与玛丽·图克结婚，两人育有三个孩子。他死于1742年1月14日。

埃德蒙·哈雷早年在伦敦圣保罗学校学习数学，1673年转到牛津大学女王学院。在牛津大学读本科期间，哈雷发表了几篇关于太阳黑子和太阳系的科学论文。

从牛津大学毕业后，哈雷访问了南大西洋的圣赫勒拿岛，研究南方的恒星，然后在1678年回到英国，并于1679年出版了他对南方天空的观察，即他的《澳大利亚恒星目录》。这项工作使他获得了牛津大学的文学硕士学位，并当选为英国皇家学会会员。

在他航行到南大西洋大约八年后，哈雷发表了他实地观测的第二卷，这一卷是关于南方信风和季风的，他推断大气运动最终是由太阳驱动的大气加热．哈雷开始对万有引力感兴趣，并研究了16世纪奥地利数学家开普勒的行星运动定律，并于1684年就此事与艾萨克·牛顿爵士会面。他发现牛顿已经证明了开普勒定律。哈雷说服牛顿出版他的作品，甚至支付了印刷费用。

1691年，哈雷申请牛津大学萨维连天文学教授的职位，但由于他对宗教的看法是无神论的，坎特伯雷大主教反对他的任命，而是把这个职位给了牛顿支持的大卫·格雷戈里。

在为英国政府开发精算模型后，哈雷回到了科学领域，并被任命指挥一艘船前往南大西洋，研究磁罗盘的变化。1698年，由于船员们的不服从，他的第一次航行被终止，从1699年9月航行到1700年9月，然后在1701年发表了他对磁场的观察，作为他的指南针变化总图，这是第一张显示磁等角线的图，显示恒定磁偏角的地方的等高线。

在他在牛津的批评者去世后，哈雷于1703年被任命为萨维连几何学教授，并于1710年被授予荣誉法学博士学位。在萨维连教授期间，哈雷从事历史天文学研究，并于1705年出版了他对过去彗星目击记录的分析，即《彗星天文学概要》。他记录了1456年、1531年和1607年的彗星目击;1682年，他注意到彗星的重复周期为75-76年，他认为这些目击到的是同一颗彗星，它将在1758年再次出现。当这颗彗星真的回来时，它就被称为哈雷彗星。参见天文学;彗星;太阳。

进一步的阅读

艾伦·h·库克，埃德蒙·哈雷:《绘制天空和海洋图》。牛津:克拉伦登出版社，1998年。

哈里·赫斯(1906-1969)美国地质学家

哈里·哈蒙德·赫斯以提出海洋盆地的起源和演化理论而闻名。阿尔弗雷德·魏格纳根据观察结果提出了他的理论大陆漂移1912年，赫斯看到了发生在海洋地壳深处的一个过程海底扩张．在这个模型中，海底是在山脊处形成的，在海沟处形成的地幔．这个概念提供了一个模型，使板块构造理论进入地球科学的主流。

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