世界这么大，你都去过哪？这次，水真的知道答案

　　江本胜那本小书《水知道答案》早已被央视辟谣了，水能知道答案的原因与小冰晶的形态没有半毛钱关系。但水真的是能够携带信息的，关于水的那些知识碎片大家都知道，但你敢确定自己的知道是真的＂知道＂吗？接下来就让我把这些碎片＂拼装＂起来，一起看看，水都知道些什么吧！
　　一、你了解的水是这个样子的
　　水是地球上最常见的液体，人体中70%都是水。自然界中的水有固态、液态和气态，这三种状态，在我们地球表面的温度范围内可以相互转化。固态水就是冰雪，液态水形成江河湖海以及云和雾，而气态水则是水循环中大范围转移的一种重要形态。
　　水的最小单元为水分子，由两个氢原子和一个氧原子组成，外观上就像米奇的头。由于氧原子抢夺电子的能力比较强，所以电子会更靠近氧原子，远离氢原子，H-O组成的化学键，就像一个电极性的短棒，相邻的水分子会由于这种电极性连接起来抱成团，这就是氢键的主要作用。
　　水的所有性质都与H-O化学键的电极性有关，这就是我们从小学、中学乃至大学里面学到的水的知识。然而水的一个重要性质被隐藏在这些熟知的表面之下，这要从一个被我们长期忽视的实验——＂电解水＂开始说起。
　　二、被低估的电解水实验
　　电解水实验是初三化学课的一个经典实验，实验目的是为了测试水的原子组成。水由氢、氧两种元素组成。水通电生成氢气、氧气。正极产生的是氧气，负极产生的是氢气。化学反应前后，元素种类不变。在化学变化中，分子可分成原子，而原子不可分，可构成新的分子。
　　实验中有一个细节需要注意一下：为增强水的电解性，可在水中加入少量稀硫酸、氢氧化钠固体、硫酸钠溶液、硝酸钾溶液等。这说明了什么呢？
　　水的可电解性不是一个化学问题，这是一个物理问题，其说明了，水中有游离的氢离子和氢氧根离子。换句话说，在水中会不断地发生着这样的情况——氢离子从水分子脱离开，移动到别处与氢氧根离子重新组合成水分子，再利用氢键与其它水分子抱团，形成水分子团。
　　这个过程在水中地动态地发生着，并不为我们的眼睛所看到，也不为任何化学实验所能发现，但它是一个真实在发生着的物理过程。接下来要说的事情就与这个过程有关。
　　三、同处一室的人之间存在着氢离子交换
　　电解水实验向我们揭示了这样一个事实——水分子之间在不断地交换着氢离子。其实这样的事情，也发生在人与环境、人与人、人与动物之间，发生这样的交换的时候，我们之间不需要有任何接触。
　　房间内的空气中可以含有一定量的水蒸气。这些水蒸气会聚集成微小的小水滴，它们可以是室外空气流动带进来的，也可以是来自人和宠物的呼吸、皮肤的蒸发。这些微小的水滴会随呼吸进入人和动物的体内，也能随着空气的流动附着在我们的毛发和皮肤表面。
　　进入人和宠物肺内的水分子会通过肺泡的毛细血管进入的体内，成为身体的一部分。由于前面我们提到的——水分子之间存在着氢离子交换，这些进入体内的水分子，很快就会通过这种交换作用更换一批组合，它们不再是进入体内之前的水分子。你与宠物之间的原子级交换作用就这样开始了。
　　而另外一种氢离子交换则完全不需要通过呼吸作用，空气中的水分子只需要附着在人的毛发和皮肤表面，外来的水分子与皮肤中的水分子同样可以发生氢离子的交换（水分子重组）过程。
　　正因为有着两种氢离子的交换过程，所以才有本段标题中那句话——你与同处一室的人之间存在着氢离子交换。只要我们在某个地方呆得足够长，我们体内的氢离子大部分都会被当地的氢原子取代，如果我们体内的氢原子能够携带所在地的信息，就可以被检测出来。
　　氢键的性质让水分子具备了交换氢原子（传递信息）的能力，那么氢原子是如何携带着本地信息的呢？我们就需要来了解一下水的另外一个性质，严格说不是水的性质，而是组成水的氢元素的性质——同位素。
　　四、氕、氘、氚，氢元素的三种同位素
　　氢元素是一种很神奇的元素，这不仅是因为它是宇宙大爆炸之后诞生的第一种元素，更是由于氢有多种同位素。我们熟知的1H（氕，H），2H（氘，D），3H（氚，T）三种同位素是自然界中氢元素的普遍形式，相对丰度分别为约99.9844%、约0.0156%、低于0.001%，其中氚具放射性，半衰期为12.46年。
　　氢元素还有四种人工合成的同位素形态：氢-4、氢-4.1、氢-5、氢-6：、氢-7，我们今天要介绍的是前面三种。氢的同位素用化学方法是不能区别的，能区分它们的办法只有物理方法——惯性（质量）不同。接下来我们以蒸发为例，说一下惯性对蒸发的影响。
　　五、氢元素的同位素对水蒸发的影响
　　现在我们要把这些水的知识碎片＂拼接＂起来，探讨一下氢同位素的惯性对水蒸发的影响。
　　水的蒸发和沸腾是汽化的两种不同方式。蒸发是在液体表面发生的汽化过程，沸腾是在液体内部和表面上同时发生的剧烈的汽化现象。从微观上看，蒸发就是水分子从水面离去的过程。由于水中的分子都在不停地作无规则运动，它们的平均动能的大小是跟液体本身的温度相适应的。
　　由于水分子的无规则运动和相互碰撞，在任何时刻总有一些分子具有比平均动能还大的动能。这些具有足够大动能的水分子，如处于液面附近，其动能大于飞出时克服液体内分子间的引力所需的功时，这些分子就能脱离液面而向外飞出，变成水蒸气，这就是我们通常说的水蒸发现象。
　　现在把氢元素的同位素考虑进来。携带着氕、氘、氚的水分子的质量是不一样的，水分子之间的碰撞满足动量守恒定律，结果就是含有氕元素的水分子由于质量轻，在碰撞中可以获得更快的运动速度，其动能比含有氘和氚的水分子动能高，含有氘的水分子的动能要比含有氚的水分子高。
　　如果蒸发是发生在一个内陆的湖泊中，蒸发出去的水分子就主要是含有氕元素的水分子，而含有氘和氚的水分子就会在湖泊内逐渐富集。换句话说就是在湖水中能够测得的氘和氚的含量，要比同一个地区内河流的含量高。
　　由于水体所处的环境不同，比如地表水和地下水、不同纬度、不同温度、不同大气流动速度、不同地理环境、不同净流入流出、不同海拔等因素，就会造成不同地点的水体其氢元素的同位素的富集程度不同。如果把不同水体的氢同位素的富集数据，绘制在一张地图上，就能形成一个氢元素的同位素地图（示踪地图）。
　　这张地图可以帮助我们揭开很多的奥秘，下面来介绍几个案例：六、水都知道些什么？
　　第一、水可以知道自己来自哪里。如今的饮用水可以说是品类繁多，自来水、瓶装水、本地产的、外地产的、甚至还有进口的。只要我们测量不同饮用水中的同位素的含量，与氢元素同位素地图中的数据做对比，就能知道这些水的产地是来自哪里，也可以用这个方法来鉴别我们买到的水是不是本地生产的假冒水。
　　第二、水知道你过去几周去了哪里。一份科学调查报告，通过分析人体毛发中的氢元素同位素的含量表明：通过饮水、饮料或者是当地牛奶等途径，地下水中的原子会成为人体内稳定的部分。这是一个相对缓慢的过程，毛囊经过一周的时间才可以将环境中的氢原子沉积到正在生长的发根，但这个过程一旦发生就是永久性的。如果你在某地停留过一段时间，你的毛发中就会包含你在当地的氢同位素的富集信息。
　　第三、水可以知道食物的来源。在经济全球化的今天，餐桌上的食物已经不局限于本地生产了，我们的食物实际上来自全球各地，如何追踪这些食物的来源就是一个涉及到食品安全的重大课题。由化学知识我们可以知道，食物（植物和动物体内）中的氢元素都是直接或者是间接地来源于水。通过检测牛奶、肉类等食物中氢元素同位素的含量，与氢元素示踪地图上的数据进行比对，我们就可以知道它们来自哪里。
　　第四、水可以辅助考古发现。考古的时候经常可以发现很多的物品和古尸，这些物体中有些含有大量的有机物的，有机物中都含有丰富的氢。如果我们检验一根从古尸身上取下来的毛发的不同分段中的氢的同位素含量，就有可能获取这具古尸生前最后阶段的饮食和移动情况。曾经有科学家利用这个技术追踪了一个印加儿童木乃伊在其生命最后几个月的行踪，该项成果发表在《考古科学学报》。
　　结束语——这次，水真的知道答案
　　水可以携带信息，它知道答案，但水保存信息的方式并非江本胜所说的通过不同形状的结晶来表现，而是通过水中氢原子同位素的不同含量来表现出来。现在我们将水的这些知识碎片拼接成了一个完整的知识图谱，您还能利用这个水的知识图谱开发出哪些相关的应用呢？欢迎您在下面的的评论区留言参与。
　　PS：这些知识，被称为科学，从这些知识中产生的应用，叫做技术。