空气的成分

　空气的成分主要有氮气、氧气、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）、二氧化碳，以及其他气体和杂质，如臭氧、一氧化氮、二氧化氮、水蒸气等。空气，是人类每天都呼吸着的“生命气体”，分层覆盖在地球表面，透明且无色、无味，对人类的生存和生产有重要影响。

　 空气由什么组成

　空气是指地球大气层中的混合气体，因此空气属于混合物，它主要由 氮气、氧气、稀有气体，二氧化碳以及其他物质组合而成。其中氮气的体积分数约为78%，氧气的体积分数约为21%，稀有气体的体积分数约为0934%，二氧化碳的体积分数约为004%，其他物质的体积分数约为0002%。

　空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。

　在自然状态下，空气是无色无味的。空气中的氧气，对于所有需氧生物来说是必须的。所有动物都需要呼吸氧气，绿色植物的呼吸作用也需要氧气。此外，绿色植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用，空气几乎是所有植物所需二氧化碳的唯一来源。

气体在地下水中以自由状态和溶解状态存在，它们之间的比例关系变化取决于温度和压力。地下水中溶解气体主要包括O2，N2，CO2，H2S，CH4，H2，碳氢化合物及少量惰性气体，其中以前5种为主。按照气体来源可以分为空气来源气体，包括O2，N2，CO2，Ne，Ar等；生物化学来源气体（微生物分解有机质和矿物质而形成），包括CH4，CO2，N2，H2S，H2，O2等；化学来源气体（水-岩相互作用形成），包括 CO2，H2S，H2，CH4，CO，N2，HCl，HF，SO2，Cl2，NH3等；放射性和核反应来源，包括He，Rn等。

在通常情况下地下水中气体成分含量不高，每升只有几毫克到几十毫克。但是，地下水中气体成分的水化学意义却十分重要。首先，对地下水中气体成分的研究，有助于对地下水起源和成因的判别和解释。其次，水中的气体成分决定着含水层水化学环境的性质，对于变价元素的氧化还原反应、存在形式、迁移性能、沉淀富集等具有重要意义。最后，某些气体成分决定着地下水具有一定的特殊性能。例如，医疗矿（泉）水中的碳酸水和硫化氢水的医疗保健功效就是由于CO2和H2S在水中的含量较高而决定的，而导致钙华沉积的原因之一则是溶解在水中的CO2气体从水中逸出等。

4131 氧气

溶解于水中的氧气称为溶解氧（DO）。氧在水中有比较大的溶解度，其溶解量与水中溶解组分含量、埋藏深度、温度、大气压力和氧的分压等因素有关。地下水中氧的来源主要是大气，因此近地表的地下水中含氧量较大，越往深处含氧量越少。地下水中溶解氧含量越高，说明地下水所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行，水中Fe，Mn，Cu，S等变价元素均处于高度氧化状态（Fe3+，Mn4+，Cu2+，S6+等）。随着地下水的深循环，各种氧化还原反应会逐渐将水中溶解氧消耗殆尽，从而形成还原环境。地下水中的溶解氧在很大程度上决定着水的氧化还原电位，而氧化还原电位值是影响风化壳中元素迁移的重要因素之一。

4132 氮气

地下水中的氮气主要来源于大气。由于O2的化学性质远较N2活泼，在较封闭的环境中，O2将耗尽而只留下N2。因此，N2的单独存在，通常可以说明地下水起源于大气并处于还原环境。但在封闭的地质构造中，N2还可以由微生物反硝化作用（也称脱氮作用，是指反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程）将 ， 转化而形成并进入地下水中。N2含量高的地下水常见于盆地内含石油、天然气的高温高压地下水中，以及构造裂隙活化带的地下热水中。

4133 二氧化碳

地下水中的CO2来源比较复杂，作为地下水补给来源的大气降水和地表水虽然也含有CO2，但其含量通常较低。地下水中的CO2主要来源于士壤，有机质残骸的发酵作用与植物的呼吸作用使士壤中源源不断产生CO2，并溶入流经士壤的地下水中。此外，含碳酸盐类的岩石在深部高温下也可以变质生成CO2。

溶解于水中的CO2称为游离CO2。当水中含有一定数量的 时，就一定有一定数量的溶解于水的CO2与之相平衡，这部分与 HCO3-平衡的CO2称为平衡CO2。如果水中游离CO2的含量高于平衡时的含量，则当这种水与CaCO3固体接触时，碳酸钙便被溶解，直到新的平衡建立为止。这部分与碳酸钙起反应的游离CO2称为侵蚀性CO2。侵蚀性CO2对混凝士和金属均有破坏作用，特别是侵蚀性CO2和氧共存时，对铁管的侵蚀更为强烈。

CO2含量大于等于250mg/L的地下水称为碳酸矿泉水。饮用碳酸矿泉水能增进食欲，改善肠道消化功能，通便利尿。碳酸水浴对消除疲劳、改善体质、增进健康有很好的作用，此外对于高血压、某些冠心病及外伤溃疡、妇科感染也很有效。比较著名的碳酸矿泉水如苏联外高加索的纳尔赞矿泉含CO2气体1926mg/L，江西崇仁马鞍坪温泉含CO2气体715mg/L，内蒙古阿尔山矿泉含CO2气体2190mg/L。

4134 硫化氢

在一般的地下水中，很少发现显著含量的H2S，但在一些矿泉水中，H2S含量较高。天然水中的H2S既可以来自有机物，也可以来自无机物。H2S是蛋白质分解的产物之一，因此，在地表水体底层各种有机体腐败过程中经常见到它，遭受有机污染的浅层地下水中有时也会检测到H2S。此外，缺氧条件下去硫菌的去硫作用可以使硫酸盐还原成H2S，例如一些油田水中H2S的浓度可以达到2000mg/L。大量的H2S也可以从火山喷发气体中析出。在部分温泉的泉口处可以闻到H2S味。

地下水中H2S的存在常常指示一种比较强的还原环境，许多变价金属元素在此环境中以低价硫化物形式存在，难溶于水，不随水迁移。例如三价铁被还原形成黑色的胶体状硫化亚铁沉淀物。

H2S含量大于等于1mg/L的天然地下水，称为硫化氢矿泉水。这种矿泉水的主要有效成分是游离的H2S气体，用这种水进行水浴可以治疗外伤溃疡、皮肤病，如果水温较高还可以起到镇静神经、降低血压、改善血液循环的作用。

4135 甲烷

CH4由有机质分解产生，并通过各种生物化学作用聚积在地下水中。在正常温度压力下，CH4的溶解度很小，因此只有在地壳深部高温高压的条件下，CH4才能大量溶解于地下水中。通常在封闭构造的含石油、天然气盆地中的地下水中，CH4含量很高。据四川盆地中部女基井资料，埋藏在4000m以下的地下卤水中，95%以上的气体是CH4。CH4是强还原环境的标志，CH4含量高的天然地下水多处于承压水盆地水交替十分困难地带的含有机质的沉积岩还原环境中。在遭受严重有机污染的浅层地下水中，微生物对有机污染物的厌氧降解，也可能导致产生CH4溶解于地下水的现象（李学礼，1988）。

呼出气体的主要成分：人呼出的气体是二氧化碳。

人的呼吸过程包括三个互相联系的环节：外呼吸，包括肺通气和肺换气；气体在血液中的运输；内呼吸，指组织细胞与血液间的气体交换。

正常成人安静时呼吸一次为64秒为最佳，每次吸入和呼出的气体量大约为500毫升，称为潮气量。当人用力吸气，一直到不能再吸的时候为止；然后再用力呼气，一直呼到不能再呼的时候为止，这时呼出的气体量称为肺活量。

正常成人男子肺活量约为3500-4000毫升，女子约为2500-3500毫升。一个呼吸分为三个部分：呼气、屏息、吸气。

人吸入的气体氧气，呼出的气体二氧化碳。呼气和吸气，是生物机体和外界进行气体交换的活动。呼吸作用是细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供生命活动需要的过程。呼吸作用是生物的共同特征。

肺活量

肺活量代表一个人潜在的呼吸能力的大小，在某种程度上可以反映一个人的呼吸功能和健康状况，测量肺活量是常用的测量呼吸功能的方法之一。呼吸系统是由鼻腔和喉咙中的通气管、两个肺，以及一条连接喉咙与肺部的长长的气管组成的。

气管的底端分成了两条支气管，每条支气管都与其中的一个肺相连。支气管又细分为更小的气管，首先是细支气管，然后是终末细支气管。终末细支气管的末端有细小的充满空气的小包，叫做肺泡。