Un crater vulcanic din Indonezia, la peste 2.350 de metri deasupra nivelului mării, găzduiește cel mai mare lac acid de pe Pământ, cu apă ca acidul bateriei. În acest fragment din „Dincolo de mare: Viața ascunsă în lacuri, pâraie și zone umede” (Johns Hopkins University Press, 2024), autor David Strayer examinează chimia extremă a unora dintre lacurile naturale ale planetei noastre – și viața pe care acestea le găzduiesc.
Cunosc oameni cărora le place foarte mult chimia apei. Își petrec toată ziua gândindu-se la reacțiile redox și la echilibrul de masă și la valențe și indici de solubilitate și metrici în spirală, iar când ziua de muncă se termină, ies la o bere cu prietenii lor și vorbesc despre reacțiile redox și metrica spirală. (Din experiența mea, pasionații de chimie a apei sunt adesea și cunoscători de bere, ceea ce are sens într-un mod ciudat dacă te gândești la un pahar de bere ca la un tip special de soluție apoasă.)
Aceștia sunt oameni care, atunci când li se cere să-și numească elementul chimic preferat, spun „ooh, ooh, pot avea trei?” și apoi numește cinci. Bănuiesc că nu ești unul dintre acei oameni.
Deci, în loc să intru în detalii, element cu element plictisitor, despre variația enormă a conținutului chimic al apelor interioare, voi vorbi doar pe scurt despre cât de mult variază pH-ul în apele interioare, să presupunem că este suficient pentru a-mi face punctul de vedere. despre diversitatea chimică a apelor interioare și treceți la subiecte care vă plac mai mult decât chimia apei.
Poate vă amintiți de la chimia din liceu că pH-ul este o măsură a faptului că o substanță este acidă sau bazică (sau „alcalină”). Materialele care sunt neutre (nici acide, nici bazice) au un pH de 7, materialele acide au un pH mai mic de 7 (oțetul de uz casnic are un pH de aproximativ 2,5), iar materialele de bază au un pH mai mare de 7 (amoniacul de uz casnic are un pH). de aproximativ 11,5). Scara pH-ului este logaritmică – o modificare a pH-ului de o unitate reprezintă o modificare de 10 ori a acidității (tehnic, o schimbare de 10 ori a activitate a ionilor de hidrogen). Deci, oțetul la un pH de 2,5 are de aproximativ un miliard de ori mai multă activitate ionică de hidrogen decât o are amoniacul la un pH de 11,5.
Scara logaritmică ne permite să exprimăm convenabil diferențe enorme de chimie, dar face ușor să uităm că diferențele mici pe scara pH-ului pot însemna diferențe mari în chimie, care pot avea consecințe mari.
De exemplu, oceanul are astăzi un pH de aproximativ 8,1, ceea ce ne spune că este puțin bazic. Concentrațiile mai mari de dioxid de carbon din aer, rezultate din arderea combustibililor fosili, au făcut ca pH-ul oceanului să scadă cu 0,1 unități față de o valoare preindustrială de 8,2, iar modelele sugerează că ar putea scădea la 7,8 până în anul 2100. Acestea sună ca niște mici schimbări care nu merită cu greu. îngrijorând. Dar o modificare de la 8,2 la 8,1 reprezintă o creștere a ionului de hidrogen de 26%, iar o modificare de la 8,2 la 7,8 înseamnă o creștere de 150%.
Aceste schimbări sunt suficiente pentru a cauza probleme serioase vieții marine. Organismelor precum scoici și corali care își fac cochilia din carbonat de calciu le este din ce în ce mai dificil să își construiască și să-și mențină cochilia dacă pH-ul scade cu doar câteva zecimi de punct. Oamenii de știință oceanic se străduiesc acum să înțeleagă și să găsească modalități de a preveni sau de a gestiona aceste schimbări înainte de a pierde părți importante ale ecosistemelor oceanice, pe măsură ce pH-ul scade cu 0,3 sau 0,4 unități.
Gama de pH în apele interioare este mult mai mare decât cele câteva zecimi de punct care sunt atât de importante în ocean. Acest lucru expune organismele din apele interioare (și procesele chimice) la o gamă enormă de condiții chimice. Majoritatea apelor interioare au un pH între 4 și 9. Din nou, acest interval poate suna modest, dar reprezintă un interval de 100.000 de ori în activitatea ionilor de hidrogen. Și există ape care se află chiar și în afara acestui interval extins.
Cele mai acide ape naturale interioare sunt lacurile care se află în craterele vulcanilor, precum Kawah Ijen din Indonezia. Aceste lacuri sunt atât de bogate în acid sulfuric încât pot avea un pH de până la 0,1. Pentru a pune acest lucru în context, acidul proaspăt al bateriei are un pH de aproximativ 0,7. Eticheta de pe acidul bateriei (care rețin că este cu aproximativ un sfert mai puternică decât această apă de lac) avertizează că provoacă arsuri grave ale pielii și leziuni oculare și sfătuiește consumatorii să folosească echipament individual de protecție, să sune imediat un centru de control al otrăvirii dacă este înghițit, și să-l arunce într-o instalație de eliminare a deșeurilor aprobată. S-ar putea să vă simțiți destul de încrezători când ghiciți că nimic nu trăiește în acest lac.
Dar când oamenii de știință au luat probe de Kawah Ijen (o întreprindere care necesita echipament special; după cum vă puteți imagina, o mulțime de unelte obișnuite, cum ar fi bărcile de aluminiu, s-ar dizolva în apa lacului), au găsit o algă verde și trei tipuri de arhei care trăiesc în lac.
Se pare că în lac nu trăiește niciun animal. Cu toate acestea, apa acidă din fluxul său de ieșire este neutralizată treptat pe măsură ce curge în aval, iar cercetătorii au descoperit larve de muște numite chironomide care trăiesc în curent în punctul în care fluxul de ieșire a atins un pH de aproximativ 2,5 (cum ar fi oțetul, vă amintiți?).
Și mai remarcabil, nu numai că aceste specii supraviețuiesc în ape foarte acide, dar unele dintre ele chiar preferă aceste condiții dure. Unul dintre arheenii care trăiesc în apele vulcanice poate tolera pH-ul sub 0 și crește cel mai bine la un pH de 0,7. Adică, acidul bateriei este pH-ul său ideal, iar oțetul și sucul de lămâie sunt mult prea blânde pentru gustul său. (Dacă vă întrebați cât de scăzut poate scădea pH-ul apelor nenaturale, un pH de până la -3,6, da, asta este minus 3.6, a fost înregistrată în unele ape subterane din California poluate de deșeurile miniere. A fost o problemă tehnică majoră pentru oamenii de știință să-și dea seama chiar și cum să măsoare un pH atât de scăzut.)
La celălalt capăt al spectrului, lacurile alcaline au adesea un pH de 9,5 până la 11,5. Lacurile alcaline apar de obicei în regiuni care sunt atât de uscate încât orice apă care curge în lac pleacă prin evaporare, mai degrabă decât printr-un curent de evacuare. Acest lucru permite ca mineralele dizolvate în apă să se acumuleze în concentrații foarte mari. În funcție de geologia din jur, astfel de lacuri se pot dezvolta în lacuri sărate (cum ar fi Marele Lac Sărat din Utah) care sunt umplute cu clorură de sodiu (sare obișnuită de masă) sau lacuri alcaline care conțin mult carbonat de sodiu (sodă de spălat) și alte minerale. care conferă lacurilor un pH și alcalinitate atât de ridicate.
Lacurile alcaline și salinele care se formează atunci când lacul se usucă complet au fost în știri în ultima vreme, deoarece unele lacuri și apartamente alcaline sunt o sursă majoră de litiu, care este necesar pentru fabricarea bateriilor pentru mașinile electrice și care are alte utilizări. Lacuri alcaline apar și în vechile western-uri — călătorii secate, care au rămas fără apă în urmă cu două zile, dau peste o piscină în deșert, iar greenhornul din grup se aruncă în apa sălmată, înghițind-o în înghițituri uriașe. Apoi se îndepărtează de apă împleticindu-se, după care liderul laconic al trupei remarcă: „apă rea”.
Din nou, ați putea crede că o apă atât de proastă nu ar susține viața. Ca și în cazul lacurilor vulcanice acide coroziv, puține specii, altele decât microbii, pot tolera condițiile dure din lacurile alcaline, dar aceste puține specii pot fi enorm de productive. De fapt, lacurile alcaline pot fi printre cele mai productive dintre apele interioare în ceea ce privește cantitatea mare de biomasă care este crescută în fiecare an.
Deci, spre deosebire de pH-ul oceanului, care este foarte aproape de 8,1, pH-ul apelor interioare se întinde pe un interval de la aproximativ 0,1 la 11,5, reprezentând un interval de 250 de miliarde de ori în activitatea ionilor de hidrogen. Viața există și chiar prosperă în această gamă enormă. Această gamă uriașă a pH-ului prezintă atât o provocare, cât și o oportunitate pentru evoluție de a produce specii a căror ecologie și fiziologie sunt adaptate unei anumite părți a acestuia: diferite specii pentru ape puternic acide, ape ușor acide, ape neutre, ape ușor alcaline și ape puternic acide. ape alcaline.
Extras din „Dincolo de mare: viața ascunsă în lacuri, pâraie și zone umede” de David Strayer. Copyright 2024. Publicat cu permisiunea Johns Hopkins University Press.
Comentarii recente