淡水の酸性化

淡水の酸性化は、岩石の風化、酸性ガス（二酸化炭素など）の侵入、または湖、池、貯水池内の硫酸塩や硝酸塩などの酸性陰イオンの還元によって、酸性物質が淡水域に流入するときに発生します。 ^{[ 1 ]}淡水の酸性化は主に、大気沈着物や土壌浸出によって水中に流入する硫黄酸化物（SO _x）と窒素酸化物（NO _x ）によって引き起こされます。 ^{[ 1 ]}炭酸と溶存二酸化炭素も、二酸化炭素を多く含む土壌を通じて、流出水と関連して同様の方法で淡水に流入する可能性があります。^{[ 1 ]}これらの化合物を含む流出水には、酸性水素イオンと無機アルミニウムが含まれる可能性があり、これらは海洋生物にとって有毒となる可能性があります。^{[ 1 ]}酸性雨も淡水の酸性化に寄与します。^{[ 2 ]}ニューヨーク州アディロンダック湖における淡水酸性化の事例は、工業用二酸化硫黄（SO ₂）と窒素酸化物（NO _x ）排出による酸性雨が原因で、1970年代に発生したことがよく記録されている。^{[ 3 ]}

生態系の緩衝能力は、pHの変化に抵抗するのに役立ちます。淡水系に存在する重炭酸イオン（HCO ₃ ^-）と炭酸イオン（CO ₃ ^{2- ）は、流入する水素イオン（H +} ）を中和することができます。

HCO ₃ ^- + H ⁺ → CO ₂ + H ₂ O

しかし、アルカリ度の低い地域（例えば、珪酸塩岩盤のある地域）では、流入するイオンを中和する自然な緩衝能力が不足しているため、pHが急速に低下します。^{[ 13 ]}例えば、カナダの大西洋岸地域は、北米東部で酸性沈着率が最も低いにもかかわらず、地域の岩盤の緩衝能力が低く、近隣の湿地から生成される天然有機酸が加わるため、大陸で最も酸性の水となっています。大西洋岸地域のほとんどでは、緩衝物質をほとんど含まない花崗岩や頁岩の岩盤が見られます。そのため、緩衝能力の低い物質から形成された土壌や、そこから流れ出る水は、酸性沈着量が少ない場合でも酸性化しやすいのです。^{[ 14 ]}

淡水生態系の酸性化は、在来の生物多様性を減少させ、生態系の構造と機能を完全に変化させる可能性があります。^{[ 9 ]}大型無脊椎動物と大型脊椎動物は、酸性化条件下で死亡率が高く、繁殖率が低くなります。逆に、藻類やミズゴケなどのコケ類は酸性化環境で繁殖し、他の種を凌駕してこれらの生息地を急速に支配する可能性があります。特に、ミズゴケの個体数の増加がよく見られます。ミズゴケは、淡水中の塩基性陽イオンとH ^{+を交換する能力が高いです。厚いミズゴケ層は、}表層水と堆積物間の交換を制限し、生態系における栄養循環の減少にさらに寄与します。^{[ 9 ]}水生生物モニタリングは、水生生態系の健全性を調べるために使用できます。

酸性化した土壌は農業に悪影響を与える可能性があります。^{[ 15 ]}一部の種は、環境中の低いpHレベルに耐えることができます。たとえば、カエル​​やパーチはpHレベル4に耐えることができます。^{[ 16 ]}これにより、これらの種は水生環境における酸性沈着の影響を受けずに、このような条件下で生き残ることができます。^{[ 16 ]}しかし、アサリやカタツムリなどのほとんどの水生種は、低いpHレベルに耐えることができず、成長と生存に悪影響を及ぼします。高い酸性レベルは厚い殻を劣化させ、捕食者からの保護を低下させます。^{[ 16 ]}

農業排水は、淡水の酸性化に寄与する窒素とリンの主要な発生源です。化学肥料の使用削減、堆肥管理の改善、精密農業技術の採用など、農業における最良管理慣行（BMP）を実施することで、水域への栄養塩流出を大幅に削減できます。^{[ 17 ]}水域に沿って植生帯を植える河畔緩衝帯の設置も、農地からの汚染物質が淡水系に到達する前にろ過するのに役立ちます。^{[ 18 ]}これらの対策は、酸性化を軽減するだけでなく、富栄養化を緩和し、水質全体を改善します。

湿地や泥炭地は、汚染物質を吸収して水の流れを調整することで、淡水系の緩衝材として機能します。^{[ 19 ]}湿地の復元プロジェクトは、淡水系の酸性化やその他の環境ストレスに対する回復力を高めることが示されています。^{[ 20 ]}

石灰施用は、酸性化を修復するための最も一般的で最良の方法の 1 つです。このプロセスでは、炭酸カルシウム(CaCO ₃ ) をシステムに添加して pH レベルを上げます。^{[ 21 ]} pH レベルを上げることで、石灰施用は生息地を酸性化前の状態に似た状態に戻すのに役立ちます。

鉱業による酸性化の影響を軽減するために、自然の生物学的プロセスによる受動的な処理やアルカリ性物質による排水処理などの技術が用いられています。^{[ 12 ]}淡水の酸性化を軽減する際に考慮すべきもう1つの重要な要素は、人々が日々環境を保護するために行う選択です。削減、再利用、リサイクルの循環型アプローチに従うことで、資源の枯渇や廃棄物の最小化、水の酸性度の低下などを減らすことができます。^{[ 22 ]}

人為的排出、特にSO _xとNO _xの規制は、酸性雨と酸性化した水域の大幅な減少につながる可能性があります。^{[ 23 ]}例えば、カナダ・米国大気質協定により、2020年時点で、カナダでは酸性雨とオゾン濃度が78%、米国では92%大幅に減少しました。^{[ 24 ]}さらに、効果的な政策を確立するために使用されるモデルを作成するには、科学者に投資してデータを監視および収集することが不可欠です。^{[ 25 ]}例えば、この問題を軽減するためのプロトコルを実施できます。^{[ 25 ]}また、政府は、企業が汚染を減らし、革新的な生産方法を使用するように奨励するために資金を投資し、温室効果ガスの排出量と生成される酸性物質の量の両方を削減することができます。さらに、世界中の政府機関は酸性化の問題で連携し、国際協定を通じて実現可能な解決策を見つけるために協力することができます。^{[ 15 ]}政府による成功事例としては、1995年に米国で設立された酸性雨対策プログラム^{[ 26 ]や、酸性化を抑制するために国連欧州経済委員会（UNECE）によって設立された最新のヨーテボリ議定書[ 27 ]などがある。}

ニューヨーク州のアディロンダック湖は、淡水酸性化に関する最もよく記録された事例研究の 1 つです。1970 年代初頭には、酸性度 ANC (酸中和能力) の値が低いこと、二酸化硫黄 (SO ₂ ) と窒素酸化物 (NO _x ) の産業排出による酸性雨が原因で酸性化の兆候が見られました。^{[ 3 ]}風によって汚染物質が米国中西部からアディロンダック地域に運ばれ、水域と周辺の土壌の pH レベルが低下しました。^{[ 28 ]}水の酸性化は、魚類や甲殻類の種の消失を含む、水生生物の多様性の著しい減少をもたらしました。^{[ 29 ]}

1990 年大気浄化法により SO ₂と NO _{x の}排出量を削減することで、アディロンダック湖の環境状態を回復するためのいくつかの取り組みが行われました。^{[ 3 ]}モニタリングデータによると、水質は改善されていますが、酸性沈着が土壌や流域に及ぼす長期的な影響により、多くの生態系は依然として脆弱なままです。^{[ 30 ]}この事例は、大気浄化法が淡水酸性化の人為的原因に対処する上でどのような役割を果たしてきたかを示しています。しかし、研究によると、酸性沈着の長期的な影響により、生態系の回復は依然として困難です。^{[ 31 ]}

• 「測定と観測：OCB-OA」。Whoi.edu 。 2019年3月24日取得。