当一种特殊成分的地下水进入一个阳离子交换带中时,阳离子浓度将调整到交换平衡的条件。平衡阳离子浓度决定于初始条件,诸如:(1)进入发生交换作用的孔隙空间的水的阳离子浓度;(2)在新的孔隙水进入之前,在孔隙表面上所吸附阳离子的摩尔比例。每当新的水通过孔隙,就建立起一次新的平衡,这是对新初始条件的响应。在地下水持续通过阳离子交换带时,即使孔隙水中一直能保持交换平衡,也可能伴随着逐渐变化的孔隙化学。这种持续变化的平衡条件,是地下水带中阳离子交换过程的一种特别的性质,也与其它水化学过程相关。这种水化学平衡关系的改变,随着矿物和水的快速反应,水动力(即水流)促使孔隙水不停地发生置换。　下述实例说明交换反应如何影响地下水化学。试考虑下述反应　其中　是选择性系数。　γ　是活性系数。(Ca　2+　)和(Mg　2+　)是摩尔浓度。　N　Mg　和NCa　分别是以吸附的　Mg　2+　和Ca　2+　的摩尔百分率。在离子强度处于较低或中等水平时,Ca　2+　和Mg　2+　的活性系数是相似的(图3.3),同时方程(3.106)可被简化为　在这个例子中,地下水具有低水平的离子强度和1×10　–3　摩尔浓度的Mg　2+　和Ca　2+　,并通过具有100毫克当量/100克的阳离子交换能力的粘土地层而发生流动时,就发生了阳交换。此时,其他阳离子浓度处于很低的水平。假设在地下水进入粘土地层之前,粘土上的交换位点被Mg　2+　和Ca　2+　所平均分配,那么初始的吸附条件就是　N　Mg　=　N　Ca　。为计算平衡阳离子浓度,需要粘土孔隙度或干重密度的数据。假设孔隙度为0.33,固体的质量密度是2.65克/立方厘米,那么对于干重密度的合理估计就是1.75克/立方厘米。在本书中,把溶液中的阳离子浓度表示为摩尔每升是可行的,因为它在低浓度时与摩尔浓度是相同的。由于孔隙度是0.33,是以比例来表示的,所以粘土层中每升水是与5.3×10　3　克并且具有2×10　3　立方米表面积的固体相接触。因为CEC值是1毫克当量/克,同时因为1摩尔的　Mg　2+　或Ca　2+　=2克当量,5.3×10　3　克粘土将具有总计5.3克当量。它相当于吸附了1.33摩尔的Mg　2+　和1.33摩尔的Ca　2+　。假设地下水流入饱和的粘土,并完全取代了原来的孔隙水。根据其进入粘土层的情况,就可以计算地下水中Mg　2+　和Ca　2+　的浓度。为