Acidificazione delle acque dolci

Le cause principali dell'acidificazione delle acque dolci sono le deposizioni atmosferiche e la lisciviazione nel suolo di SO_x e NO_x. L'acqua dolce diventa acida quando gli apporti acidi superano la quantità di basi prodotte nel corpo idrico attraverso l'erosione delle rocce, o in seguito alla riduzione di anioni acidi, come il solfato e il nitrato all'interno dell'acqua stessa.

Diagramma che rappresenta le fonti e i cicli delle precipitazioni acide

In un ecosistema sensibile all'acido, che include la roccia madre a lenta maturazione e le riserve di cationi esaurite, il deflusso di SO_x e NO_x sarà accompagnato da ioni idrogeno acidificanti e da alluminio inorganico, i quali possono essere tossici per gli organismi dulciacquicoli. Anche le piogge acide contribuiscono all'acidificazione dell'acqua dolce, tuttavia queste si formano quando SO_x e NO_x reagiscono con acqua, ossigeno e sostanze ossidanti presenti all'interno delle nuvole. Oltre a SO_x e NO_x, la capacità tampone dei suoli e delle rocce all'interno dell'ecosistema d'acqua dolce può contribuire all'acidità dell'acqua. Ogni corpo d'acqua dolce ha una capacità di tamponare gli acidi, tuttavia, con un eccesso di acidi nella riserva d'acqua, la capacità di tamponamento essenzialmente si "esaurirà" e l'acqua finirà per diventare più acida. L'aumento della CO₂ atmosferica influenza l'acidità dell'acqua dolce in modo molto simile a quanto accade negli ecosistemi oceanici. Tuttavia, a causa dei vari flussi di carbonio negli ecosistemi d'acqua dolce, è difficile quantificare gli effetti della CO₂ antropogenica.

Acidificazione dell'acqua dolce e acidificazione oceanica

Un riassunto della relazione tra CO₂ antropogenica e acidificazione degli oceani

L'oceano e l'atmosfera si scambiano costantemente enormi quantità di CO₂. Negli ultimi 800 000 anni, la concentrazione di CO₂ nell'atmosfera è rimasta intorno alle 172-300 parti per milione in volume (ppmv). Tuttavia, con le recenti emissioni di CO2 antropogeniche, questo numero è aumentato a 387 ppmv nel 2009. Dal 2000-2008, il 26% della CO₂ antropogenica è stata assorbita dall'oceano. Sebbene l'acidificazione degli oceani sia causata anche da altre aggiunte e rimozioni chimiche, la CO₂ è il fattore primario che influenza il pH. Una volta che la CO₂ viene disciolta nell'acqua di mare, si trasforma in un acido debole che colpisce principalmente la chimica dei carbonati. Questa CO₂ disciolta aumenta la concentrazione di ioni bicarbonato (HCO₃^-), il carbonio inorganico dissolto (C_T) e abbassa il pH. Oltre alla CO₂, i valori del pH delle riserve d'acqua dolce sono alterati dalle piogge acide, dal deflusso dei nutrienti e da altri inquinanti antropogenici. L'acqua dolce assorbe la CO₂ con lo stesso meccanismo dell'acqua marina, tuttavia l'alcalinità dell'acqua dolce è molto più bassa di quella marina, a causa dell'assenza di un tampone salino. A causa di questa differenza, i cambiamenti di pH nell'acqua dolce tendono ad essere molto maggiori rispetto all'acqua dell'oceano, perché gli ioni H+ appena rilasciati non sono tamponati da tanti ioni bicarbonato (HCO₃^-) come l'acqua dell'oceano. Pertanto, il biota d'acqua dolce tende ad avere una maggiore tolleranza evolutiva del pH rispetto al biota d'acqua marina.

Cause

SO_x e NO_x

L'accelerazione della combustione dei combustibili fossili nel secolo scorso ha ampiamente contribuito all'acidificazione degli ecosistemi d'acqua dolce. Negli anni '70 i livelli delle emissioni di solfato hanno raggiunto il picco, la stessa cosa è avvenuto 10 anni dopo per l'azoto. I principali responsabili dell'acidificazione dell'acqua dolce sono SO_x e NO_x. L'aumento della concentrazione di solfato nel dilavamento, dovuto all'aumento dell'acidità, avviene contemporaneamente a un aumento del dilavamento dei cationi basici e alla diminuzione del bicarbonato, creando l'effetto acidificante visto negli ecosistemi d'acqua dolce. In una condizione naturale, la maggior parte dell'azoto immesso negli ecosistemi d'acqua dolce viene utilizzato dalla vegetazione e nei cicli biogeochimici, tuttavia, se presente in quantità eccessive, la vegetazione non è in grado di utilizzarlo, perciò l'azoto in eccesso entra nel deflusso idrico sotto forma di nitrato, contribuendo all'acidificazione nello stesso modo del solfato.

Capacità tampone

Una mappa che raffigura la costa atlantica canadese

Oltre a SO_x e NO_x, la bassa capacità tampone degli ecosistemi può anche portare all'acidità delle acque dolci. Per esempio, il Canada atlantico ha i tassi di deposizione acida più bassi del Nord America orientale, presentando le acque più acide del continente. Ciò è dovuto alla bassa capacità tampone della roccia madre regionale e all'aggiunta di acidi organici naturali prodotti dalle vicine zone umide. In particolare, nella Nuova Scozia sud-occidentale e orientale, c'è una combinazione di alta acidità organica, scarsa capacità tampone e alta deposizione acida che porta ad avere un pH molto basso nelle acque superficiali e valori di capacità di neutralizzazione acida (ANC). Nella maggior parte della regione atlantica si trovano aree con roccia madre a dominanza granitica o scistosa, dove c'è una bassa concentrazione di materiale tampone. Il suolo formato da materiali a basso potere tampone e le acque che drenano da essi sono, quindi, suscettibili di acidificazione, anche in condizioni di bassa deposizione acida.

CO₂

Negli oceani, la CO₂ presente nell'atmosfera, può dissolversi nei primi strati della superficie acquatica e andare a formare acido carbonico. Il carbonio inorganico totale nell'acqua dolce comprende:

• CO₂ libera (o H₂CO₃)
• HCO₃^-
• CO₃^2- (carbonato)

La percentuale di tutti questi costituenti dipende anche dal pH del corpo idrico stesso, inoltre, quando l'acqua è acida conterrà principalmente CO₂. È spesso difficile quantificare gli effetti dei livelli di _pCO₂ nell'acqua dolce a causa delle varie fonti di anidride carbonica che questi ecosistemi ricevono.

Fattori come gli ecosistemi limitrofi, l'agricoltura, l'uso del suolo, lo spartiacque, le dimensioni del corpo d'acqua, le precipitazioni, il tipo di suolo e le rocce presenti determinano la quantità di CO₂ assorbita. Tuttavia, c'è stato un netto aumento della _pCO₂ nell'ultimo secolo dovuto all'influenza antropica. Man mano che la vegetazione limitrofa agli ecosistemi d'acqua dolce cresce e si moltiplica, a causa dell'eccesso di _pCO₂ che alimenta queste piante, il carbonio, introdotto nell'ambiente dalla morte delle stesse piante e durante la loro decomposizione, aumenta. In seguito, questo suolo viene trasportato nelle acque limitrofe dalle precipitazioni, dagli agenti atmosferici e dal ruscellamento. Quando la _pCO₂ della vegetazione in decomposizione reagisce con l'acqua forma acido carbonico (H₂CO₃), che contribuisce a un livello di pH più basso.

Effetti dannosi sugli ecosistemi acquatici

Uno stagno con una sovrabbondanza di Sphagnum

L'aumento dell'acidificazione degli ecosistemi d'acqua dolce può portare ad una diminuzione della biodiversità, con una conseguente perdita di specie sensibili ad un ambiente prevalentemente acido. Una diminuzione del pH a 6 influenzerebbe drasticamente le specie di gasteropodi e crostacei all'interno dell'ecosistema. Per esempio, nei laghi norvegesi, queste specie rappresentano il 45% della fonte di cibo delle trote. In seguito all'acidificazione delle acque e conseguente perdita di prede, si è assistito alla diminuzione del 10-30% delle trote. Analogamente, l'acidificazione delle acque dolci può andare a influenzare anche la diversità delle specie di zooplancton.

Nella maggior parte dei bacini d'acqua dolce acidificati può manifestarsi un aumento dello sviluppo di muschi e alghe. In particolare, è comune vedere un aumento dell'abbondanza di muschio del genere Sphagnum, il quale ha un'alta capacità di scambiare ioni H⁺ con i cationi basici presenti nella matrice acquatica. Lo spesso strato di Sphagnum limita lo scambio tra l'acqua superficiale e il sedimento, il che contribuisce ulteriormente alla riduzione del ciclo dei nutrienti nell'ecosistema.