[科普中国]-湖泊酸化

简介

酸雨造成湖泊酸化。工业生产和生活中各种能源使用产生的SO2、氮氧化物被氧化后产生的酸性物质，通过大气干湿沉降进入水体。水质酸化会抑制微生物的活动，影响水生生态系统中有机物的分解。由于碎屑大量沉积，影响水生生物的营养与能量循环，从而使湖泊动物群落受影响，致使耐酸的种类增加，而不耐酸的种类则减少。酸性湖泊或河水会降低水质中的含钙量，损坏鱼脊椎和骨骼，导致鱼类畸形2。

原因酸性降水降低了土壤中水的pH值，土壤中酸化了的水流人河流，最终汇入湖泊3。湖泊里的水就像土壤里的水一样可以用缓冲来抑制酸化。水中的重碳酸盐离子能够中和酸，即H++HCO3-= H2O+CO2。该反应延缓了酸性物质对水体的有害影响，使水的pH值保持在6.0以上。但如果强酸性物质不断进入湖泊，湖泊中重碳酸盐的消耗量大于补充量，重碳酸盐储备被消耗到一定水平后，水体的pH值将大幅度波动。如果酸化继续，pH值最终会稳定在5.0以下。金属离子，尤其是铝离子开始堆积，湖泊变为酸性湖泊。

湖泊酸化与酸雨的关系纯雨水呈微酸性4。CO2溶于水中形成碳酸的平衡浓度导致雨水pH值约为5.6。因此酸雨通常定义为pH值小于5.6的雨水。美国东北部和加拿大的雨水pH值多介于4～5之间，燃烧化石燃料产生硫氧化物与氮氧化物是这种低pH值雨水产生的主要原因。

高浓度铝通常是鱼类死亡的主要原因。铝在土壤内相当丰富，但它通常结合在土壤矿物质内。在正常pH值范围内，铝在水溶液中很少出现。水的酸化促使高毒性的Al3+释放到水中。

大部分湖泊具有碳酸盐缓冲体系。湖泊处于正常的缓冲范围时，其pH值不会因为酸雨而有太大改变。当碳酸盐被酸雨消耗后又有补充来源时，则缓冲能力相当大。石灰质土壤就含有大量的碳酸钙(CaCO3)。碳酸与碳酸钙反应生成碳酸氢根，释放到水溶液中，酸雨中的H+也会导致碳酸氢根生成。因此由石灰质土壤形成的湖泊有阻滞酸化的作用。

其他影响湖泊对酸雨敏感度的因素有土壤和岩床的深度与渗透性、流域的大小与坡度、植物类型。在薄而不透水的土壤中，降雨与土壤的接触时间较短，致使土壤对酸雨的缓冲能力较低。同样，在小而陡的流域中缓冲作用进行的时间减少。落叶使酸度降低，针叶树落叶使得径流的酸性比原降雨的酸性更强。花岗石岩床缓冲酸雨的能力较弱。

危害当湖泊水体的pH值小于5.6时，水体呈酸化状态；当pH值小于5.5时，鱼类生长会受阻，甚至造成鱼类生殖功能失调，繁殖停止；当pH值小于4.5时，各种鱼类、两栖动物和大部分昆虫消失，水草死亡，水生动物绝迹。同时．湖泊酸化还会引起沉积物中有毒重金属元素的活化，导致湖泊水环境中重金属浓度升高和生物活性增强。