淡水の酸性化

淡水の酸性化は、岩石の風化、酸性化ガス（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アニオンの減少によって酸性の流入が淡水域に入ると発生します。 ^[1]淡水の酸性化は主に、大気沈着物や土壌浸出から水中に入る硫黄酸化物（SO _x）と窒素酸化物（NO _{x ）によって引き起こされます。} ^[1]炭酸と溶解二酸化炭素は、二酸化炭素を多く含む土壌を介して、流出水と同様に淡水に入り込むこともあります。^[1]これらの化合物を含む流出水には、海洋生物に有毒な可能性のある酸性化水素イオンと無機アルミニウムが含まれている場合があります。^[1]酸性雨も淡水の酸性化に寄与しています。^{[2]ニューヨーク州}アディロンダック湖の淡水酸性化は、1970年代に工業用二酸化硫黄（SO₂）と窒素酸化物（NOₓ）の排出による酸性雨によって発生したことがよく記録されています。 ^[3]

大気中のCO2や有機物の分解は淡水の酸性度に影響を与えます。 ^[4] CO2_{は水に溶解して炭酸を形成します。この炭酸は水素イオン（H⁺）と重炭酸イオン（ HCO₃⁻ ）に解離し、H+イオンが増加して}pHレベルが低下します。^[5]

CO₂ + H₂O → H₂CO₃; H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

微生物の活動により有機物が分解され、フミン酸やフルボ酸などの有機酸が放出されます。これらの酸は水域、特に森林や湿地に囲まれた水域に蓄積されます。^[6]泥炭地や湿地では、有機物の分解レベルが高いため、酸性水が発生することがよくあります。^[7]これにより、北極圏や亜北極圏でよく見られる自然な酸性条件が生まれます。

火山活動により、二酸化硫黄（SO₂）やその他の酸性酸化物が大気中に放出されることがあります。^[8] 空気中では、二酸化硫黄は硫酸に変換されます。^[9]この硫酸は硫酸イオン（SO₄²⁻）と水素イオン（H⁺）に解離し、酸性状態が高まります。

SO ₂   + ½ O ₂   + H ₂ O → H ₂ SO ₄ ; H ₂ SO ₄ → 2H⁺ + SO ₄ ² ⁻

人間の活動は淡水の酸性化を著しく加速させる可能性があります。二酸化炭素に加えて、化石燃料の燃焼は 二酸化硫黄（SO₂）と窒素酸化物（NOₓ）を生成します。これらのガスは水と空気と反応して硫酸（H₂SO₄）と硝酸（HNO₃）を形成します。^{[8] [10] [11]}硫酸と同様に、硝酸も水素イオン（H⁺）と硝酸イオン（NO₃⁻）に解離してpHレベルを低下させます。

NOₓ + H₂O + 1/2 O₂ → HNO₃; HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

このプロセスは、水の自然な緩衝能力が低い地域では特に有害です。これらの生態系は、追加された酸性度を中和する能力が低いためです。

鉱業は酸性鉱山排水のプロセスを通じて淡水の酸性化に大きく寄与する可能性があります。黄鉄鉱（FeS₂）などの硫化鉱物は、採掘作業中に空気と水にさらされると酸化されて硫酸を形成します。^[12]

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 (HCO₃⁻) と炭酸イオン (CO₃²⁻) は、流入する水素イオン (H ⁺ ) を中和する可能性があります。

HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ + H₂O

しかし、アルカリ度の低い地域（例えば、ケイ酸塩岩盤）では、流入するイオンを中和する自然の緩衝能力が欠如しており、pHが急速に低下します。^[13]たとえば、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のですが、この地域の岩盤の緩衝能力が低く、近くの湿地から生成される天然の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には、緩衝物質をほとんど含まない花崗岩と頁岩の岩盤があります。そのため、緩衝物質の少ない土壌とそこから排出される水は、酸性沈着量が少ない場合でも酸性化の影響を受けやすいのです。^[14]

淡水生態系の酸性化は、在来生物の多様性を減少させ、生態系の構造と機能を完全に変えてしまう可能性があります。^[9]大型無脊椎動物と大型脊椎動物は、酸性化した条件下では死亡率が高く、繁殖率が低くなります。逆に、藻類は酸性化した環境で繁殖し、他の種と競合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、ミズゴケの存在量が増加するのがよく見られます。ミズゴケは、淡水中でH ^+を塩基性陽イオンと交換する能力が高いです。ミズゴケの厚い層は、表層水と堆積物の間の交換を制限し、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及ぼす可能性があります。^[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の酸性沈着の影響を受けず、このような状況で生き残ることができます。^[16]しかし、ハマグ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。酸性度が高いと厚い殻が劣化し、捕食者からの保護が減少します。^[16]

農業排水は、淡水の酸性化に寄与する窒素とリンの主な発生源です。化学肥料の使用を減らし、堆肥管理を改善し、精密農業技術を採用するなど、農業における最善の管理方法（BMP）を実施することで、水域への栄養塩の流出を大幅に減らすことができます。^[17]河岸緩衝地帯（水域に沿って植えられた植生帯）を確立することで、農地からの汚染物質が淡水系に到達する前にろ過することもできます。^[18]これらの対策は、酸性化を減らすだけでなく、富栄養化を緩和し、全体的な水質を改善します。

湿地と泥炭地は、水の流れを調節する汚染物質を吸収することで淡水系の緩衝材として機能します。^[19]湿地再生プロジェクトは、酸性化やその他の環境ストレスに対する淡水系の回復力を高めることが示されています。^[20]

石灰散布は酸性化を改善するための最も一般的かつ最良の方法の1つです。このプロセスでは、炭酸カルシウム（CaCO ₃）をシステムに追加してpHレベルを上げます。^[21]石灰散布はpHレベルを上げることで、生息地を酸性化前と同様の状態に戻すのに役立ちます。

酸性化の鉱業へ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使用されています。^[22]淡水の酸性化を減らすために考慮すべきもう1つの重要な要素は、人々が環境を保護するために日々行っている選択です。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、水の酸性度を下げるなど、資源の枯渇と廃棄物の最小化を減らすことができます。^[23]

人為的排出、特にSOx_とNOx_の規制は、酸性雨と酸性水域の大幅な減少につながる可能性があります。^[24]たとえば、カナダと米国の大気質協定により、2020年現在、カナダでは酸性雨とオゾンのレベルが78％、米国では92％大幅に削減されました。^[25]さらに、効果的な政策を確立するための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。^[26]たとえば、問題を緩和するためのプロトコルを実装できます。^[26]また、政府は資金を投資して企業に補助金を出し、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ことで、温室効果ガスの排出量と酸性物質の生成量の両方を減らすことができます。 さらに、世界中の政府機関が酸性化の問題について連携し、国際協定を通じて実行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]成功した政府による実施としては、1995年に米国で設立された酸性雨プログラム^[27]や、酸性化を減らすために国連欧州経済委員会（UNECE）によって設立された最近のヨーテボリ議定書などがある。^[28]

ニューヨーク州のアディロンダック湖は、淡水酸性化の最もよく記録されたケーススタディの1つです。1970年代初頭には、二酸化硫黄（SO₂）と窒素酸化物（NOₓ）の産業排出による酸性ANC（酸中和能力）の低い値が原因で酸性化の兆候が見られ、酸性雨が発生していました。^[3]風が汚染物質を米国中西部からアディロンダック地域に運び、水域と周囲の土壌のpHレベルを低下させました。^[29]水が酸性化した結果、魚類や甲殻類の種の消滅など、水生生物の多様性が大幅に減少しました。^[30]

1990年の大気浄化法を通じて_SO2とNOₓの排出を削減し、アディロンダック湖の環境状態を回復させる取り組みがいくつか行われた。^[3]モニタリングデータでは水質の改善が見られるものの、酸性沈着が土壌や流域に及ぼす長期的な影響により、多くの生態系が依然として脆弱な状態にある。^[31]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る。しかし、研究では、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あることがわかっている。^[32]

• 「測定と観察：OCB-OA」。Whoi.edu 。2019年3月24日閲覧。