Okyselení sladkou vodou - Freshwater acidification - Wikipedia

Diagram zobrazující zdroje a cykly srážek kyselých dešťů.

Sladká voda okyselí, když kyselé vstupy překonají množství bází produkovaných v nádrži zvětráváním hornin nebo redukcí kyselých aniontů, jako síran a dusičnan v jezeře.[1] Hlavním důvodem pro sladkovodní okyselování je atmosférické depozice a výluh SOX a žádnáX.[1] V ekosystému citlivém na kyseliny, který zahrnuje skalní podloží s pomalým zvětráváním a vyčerpané bazény bazických kationtů, SOX a žádnáX odtok bude doprovázen okyselujícími vodíkovými ionty a anorganickým hliníkem, které mohou být toxické pro mořské organismy.[1] Kyselý déšť také přispívá ke sladkému okyselování, nicméně při SO vzniká kyselý déšťX a žádnáX reagují s vodou, kyslíkem a oxidanty v oblacích.[2] Kromě SOX a žádnáX, vyrovnávací kapacita půd a podloží ve sladkovodním ekosystému může přispívat ke kyselosti vody. Každá sladkovodní nádrž má kapacitu k tlumení kyselin.[1] Avšak při nadměrném přívodu kyselin do zásobníku bude pufrovací kapacita v podstatě „vyčerpána“ a voda bude nakonec kyselejší.[1] Zvýšení atmosférického CO2 ovlivňuje kyselost sladké vody velmi podobně jako způsob stoupajícího CO2 ovlivňuje oceánské ekosystémy.[3] Vzhledem k různým tokům uhlíku ve sladkovodních ekosystémech je však obtížné kvantifikovat účinky antropogenního CO2.[4] Nakonec je zvyšování okyselení sladké vody škodlivé pro různé vodní organismy.

Sladkovodní vs. okyselení oceánu

Základní shrnutí vztahu mezi antropogenním CO2 a okyselování oceánů.

Oceán a atmosféra si neustále vyměňují obrovské množství CO2.[3] Za posledních 800 000 let byla koncentrace CO2 v atmosféře zůstalo kolem 172-300 dílů na milion objemových (ppmv).[3] S nedávným antropogenním CO2 emisí se toto číslo v roce 2009 zvýšilo na 387 ppmv.[3] V letech 2000–2008 26% antropogenního CO2 byl pohlcen oceánem.[3] Ačkoli okyselení oceánu je způsobeno také jinými chemickými přísadami a odstraňováním, CO2 je primární faktor ovlivňující pH.[3] Jednou CO2 je rozpuštěn v mořské vodě, stává se slabou kyselinou, která primárně ovlivňuje chemii uhličitanů.[3] Rozpuštěný CO2 zvyšuje koncentraci hydrogenuhličitanových iontů (HCO3−), rozpuštěný anorganický uhlík (C.T) a snižuje pH.[3] Sladká voda také absorbuje atmosférický CO2, což může také snížit pH.[4] Kromě CO2„Hodnoty pH sladkovodní nádrže se mění kyselými dešti, odtokem živin a dalšími antropogenními znečišťujícími látkami.[4] Sladká voda pohlcuje CO2 ve stejném mechanismu jako mořská voda je však sladkovodní zásaditost mnohem nižší než mořská voda, kvůli absenci solného pufru.[4] Kvůli nedostatku solného pufru bývají změny pH ve sladké vodě mnohem větší než ve vodě oceánu, kvůli nově uvolněnému H+ ionty nejsou pufrovány tolika hydrogenuhličitanem (HCO3−) ionty jako oceánská voda.[4] Proto má sladkovodní biota tendenci mít vyšší evoluční toleranci pH než biota mořská.[4]

Příčiny

TAKX a žádnáX

Zrychlené spalování fosilních paliv v minulém století do značné míry přispělo k okyselení sladkovodních ekosystémů. V sedmdesátých letech vrcholily úrovně emisí síranů a dusík následoval o 10 let později.[5] Hlavním přispěvatelem k okyselování sladkou vodou jsou SOX a žádnáX. Zvýšení koncentrace síranů v odtoku, v důsledku zvýšených vstupů kyselosti, je spojeno se zvýšením odtoku bazických kationtů a poklesem hydrogenuhličitanu, což vytváří okyselující účinek pozorovaný ve sladkovodních ekosystémech.[6] V přirozeném stavu bude většina dusíku přiváděného do sladkovodních ekosystémů využívána vegetací.[6] V nadměrném množství však veškerý dusík není schopen využít vegetací a přebytek dusíku se ve vodním odtoku nachází jako dusičnan.[6] Dusičnan bude přispívat k okyselení stejným způsobem jako síran.[6]

Vyrovnávací kapacita

Mapa zobrazující Atlantickou Kanadu.

Kromě SOX a žádnáX„Nízká pufrovací kapacita ekosystémů může také vést ke kyselosti ve sladké vodě. Například Atlantická Kanada má nejnižší míru depozice kyselin ve východní Severní Americe a má nejkyslejší vody na kontinentu.[7] Je to způsobeno nízkým pufrováním regionálního podloží a přidáním přírodních organických kyselin produkovaných v blízkosti mokřadů.[7] Konkrétně v jihozápadním a východním Novém Skotsku existuje kombinace vysoké organické kyselosti, špatného pufru a vysoké depozice kyseliny, aby se dosáhlo velmi nízkých hodnot pH povrchové vody a schopnosti neutralizovat kyselinu (ANC).[7] Ve většině atlantických oblastí se nacházejí žulové a břidlicové podloží, které obsahují velmi málo pufrovacího materiálu.[7] Půda vytvořená z materiálů s nízkým obsahem pufru a vody, které z nich odvádějí, jsou proto citlivé na okyselování, a to i při nízkém obsahu kyselin.[7]

CO2

V oceánech, CO2 v atmosféře se může rozpouštět na vodní hladinu a tvoří kyselinu uhličitou.[8] Celkový anorganický uhlík ve sladké vodě zahrnuje volný CO2 (nebo H2CO3), HCO3− a uhličitan (CO32-).[9] Procento všech těchto složek závisí také na pH vodního útvaru.[9] Když je voda kyselá, bude primárně obsahovat CO2.[9] Účinky pCO je často obtížné kvantifikovat2 hladiny ve sladké vodě v důsledku různých zdrojů přijímaných sladkovodních ekosystémů oxidu uhličitého. Faktory jako blízký ekosystém, zemědělství, využívání půdy, povodí, velikost jezera, srážky, typ půdy a horniny - to vše určuje množství CO2 vstřebává.[8] Došlo však k jasnému nárůstu pCO2 ve sladkovodních ekosystémech v minulém století v důsledku antropogenního vlivu.[8] Vzhledem k tomu, že vegetace v blízkosti sladkovodních ekosystémů roste a množí se kvůli přebytku pCO2 krmením těchto rostlin se zvyšuje uhlík dostupný při smrti a během rozkladu.[8] Poté srážky, zvětrávání a odtoky tuto půdu zaplaví do nedaleké vody.[8] Když pCO2 z rozkládající se vegetace reaguje s vodou a tvoří kyselinu uhličitou, která přispívá k nižší úrovni pH.

Škodlivé účinky na vodní ekosystémy

Tento rybník vykazuje nadbytek Sphagnum.

Se zvýšenou acidifikací ve sladkovodních ekosystémech dojde ke snížení biologické rozmanitosti se zvýšenou ztrátou druhů citlivých na kyselinu.[10] Pokles pH na 6 by drasticky ovlivnil druhy hlemýžďů i korýšů ve sladké vodě.[10] Například v norských jezerech představují tyto druhy 45% zdroje potravy pro pstruhy, což má za následek 10–30% snížení pstruhů v důsledku okyselení sladkou vodou.[10] Kromě toho je druhová rozmanitost zooplanktonu ovlivněna sladkovodní acidifikací.[11]

Ve většině kyselých sladkovodních nádrží dojde ke zvýšení vývoje mechů a řas.[10] Zejména je běžné vidět nárůst hojnosti mechu Sphagnum.[10] Sphagnum má vysokou kapacitu pro výměnu H+ pro základní kationty ve sladké vodě.[10] Silná vrstva Sphagnum omezuje výměnu mezi povrchovou vodou a sedimentem, což dále přispívá ke snížení koloběhu živin v ekosystému.[10]

Reference

  1. ^ A b C d E Psenner, Roland (březen 1994). „Dopady na životní prostředí na sladké vody: acidifikace jako globální problém“. Věda o celkovém prostředí. 143 (1): 53–61. Bibcode:1994ScTEn.143 ... 53P. doi:10.1016/0048-9697(94)90532-0. ISSN  0048-9697.
  2. ^ Irwin, J.G .; Williams, M.L. (1988). „Acid rain: Chemistry and transport“. Znečištění životního prostředí. 50 (1–2): 29–59. doi:10.1016/0269-7491(88)90184-4. ISSN  0269-7491. PMID  15092652.
  3. ^ A b C d E F G h Jean-Pierre Gattuso; Lina Hansson, eds. (2011). Okyselení oceánu. Oxford University Press. ISBN  9780199591084. OCLC  975179973.
  4. ^ A b C d E F „Měření a pozorování: OCB-OA“. www.whoi.edu. Citováno 2019-03-24.
  5. ^ Cardoso, A.C .; Zdarma, G .; Nõges, P .; Kaste, Ø .; Poikane, S .; Solheim, A. Lyche (2009). „Správa jezer, kritéria“. Encyclopedia of Inland Waters. Elsevier. 310–331. doi:10.1016 / b978-012370626-3.00244-1. ISBN  9780123706263.
  6. ^ A b C d Henriksen, Arne; Kämäri, Juha; Posch, Maximilian; Wilander, Anders (1992). „Kritická zátěž kyselosti: severské povrchové vody“. Ambio. 21 (5): 356–363. ISSN  0044-7447. JSTOR  4313961.
  7. ^ A b C d E Clair, Thomas A .; Dennis, Ian F .; Scruton, David A .; Gilliss, Mallory (prosinec 2007). „Sladkovodní výzkum okyselování v Atlantském Kanadě: přehled výsledků a předpovědi pro budoucnost“. Recenze na životní prostředí. 15 (NA): 153–167. doi:10.1139 / a07-004. ISSN  1181-8700.
  8. ^ A b C d E Weiss, Linda C .; Pötter, Leonie; Steiger, Annika; Kruppert, Sebastian; Frost, Uwe; Tollrian, Ralph (leden 2018). „Rostoucí pCO2 ve sladkovodních ekosystémech má potenciál negativně ovlivnit obranu vyvolanou predátory v Dafniích“. Aktuální biologie. 28 (2): 327–332.e3. doi:10.1016 / j.cub.2017.12.022. ISSN  0960-9822. PMID  29337079.
  9. ^ A b C Hasler, Caleb T .; Butman, David; Jeffrey, Jennifer D .; Suski, Cory D. (leden 2016). Sterner, Robert (ed.). „Sladkovodní biota a stoupající pCO 2?“. Ekologie Dopisy. 19 (1): 98–108. doi:10.1111 / ele.12549. PMID  26610406.
  10. ^ A b C d E F G „Vliv emisí z využívání uhlí na přírodní a člověkem řízené suchozemské a sladkovodní ekosystémy“. Dopady těžby a využití uhlí na životní prostředí. Elsevier. 1987. s. 282–318. doi:10.1016 / b978-0-08-031427-3.50020-7. ISBN  9780080314273.
  11. ^ Muniz, Ivar P. (1990). „Sladkovodní okyselování: jeho účinky na druhy a společenstva sladkovodních mikrobů, rostlin a zvířat.“ Sborník Královské společnosti z Edinburghu. Oddíl B. Biologické vědy. 97: 227–254. doi:10.1017 / s0269727000005364. ISSN  0269-7270.