تحمض المياه العذبة

يحدث تحمض المياه العذبة عندما تدخل مدخلات حمضية إلى مسطح مائي عذب من خلال تجوية الصخور، أو تسرب الغازات الحمضية (مثل ثاني أكسيد الكربون )، أو عن طريق اختزال الأنيونات الحمضية، مثل الكبريتات والنترات ، داخل البحيرة أو البركة أو الخزان. ^{[ 1 ]} وينتج تحمض المياه العذبة بشكل أساسي عن دخول أكاسيد الكبريت (SOₓ ₎ وأكاسيد النيتروجين (NOₓ ₎ إلى الماء من الترسبات الجوية وغسل التربة. ^{[ 1 ]} كما يمكن أن يدخل حمض الكربونيك وثاني أكسيد الكربون المذاب إلى المياه العذبة، بطريقة مشابهة لتلك المرتبطة بالجريان السطحي، من خلال التربة الغنية بثاني أكسيد الكربون. ^{[ 1 ]} وقد يحتوي الجريان السطحي الذي يحمل هذه المركبات على أيونات الهيدروجين الحمضية والألومنيوم غير العضوي، والتي قد تكون سامة للكائنات البحرية. ^{[ 1 ]} ويساهم المطر الحمضي أيضًا في تحمض المياه العذبة. ^{[ 2 ]} ظهرت حالة موثقة جيداً لتحمض المياه العذبة في بحيرات أديرونداك ، نيويورك، في سبعينيات القرن الماضي، مدفوعة بالأمطار الحمضية الناتجة عن انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO2 ₎ وأكاسيد النيتروجين (NOx ₎ الصناعية . ^{[ 3 ]}

تساعد القدرة التنظيمية للنظم البيئية على مقاومتها للتغيرات في درجة الحموضة. ويمكن أن يؤدي وجود أيونات البيكربونات (HCO3- ₎ ^{والكربونات} (CO32- _{) في} ^أنظمة المياه العذبة إلى معادلة أيونات الهيدروجين الداخلة (H ⁺ ).

HCO ₃ ^- + H ⁺ → CO ₂ + H ₂ O

مع ذلك، تفتقر المناطق منخفضة القلوية (مثل تلك التي تحتوي على صخور سيليكاتية) إلى القدرة الطبيعية على معادلة الأيونات الواردة، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في درجة الحموضة. ^{[ 13 ]} فعلى سبيل المثال، تتميز منطقة المحيط الأطلسي في كندا بأقل معدلات ترسب الأحماض في شرق أمريكا الشمالية، ومع ذلك فهي تضم أكثر المياه حمضية في القارة بسبب انخفاض قدرة الصخور الأساسية الإقليمية على معادلة الحموضة، بالإضافة إلى الأحماض العضوية الطبيعية الناتجة عن الأراضي الرطبة المجاورة. وفي معظم أنحاء منطقة المحيط الأطلسي، توجد صخور جرانيتية وطينية، تحتوي على كمية ضئيلة جدًا من المواد المنظمة للحموضة. ولذلك، فإن التربة المتكونة من مواد منخفضة التنظيم، والمياه التي تصب منها، معرضة للتحمض، حتى في ظل انخفاض ترسب الأحماض. ^{[ 14 ]}

يمكن أن يؤدي تحمض النظم البيئية للمياه العذبة إلى انخفاض التنوع البيولوجي المحلي، وإلى تغيير بنية النظام البيئي ووظيفته بشكل كامل. ^{[ 9 ]} تُظهر اللافقاريات الكبيرة والفقاريات الضخمة معدلات وفيات أعلى ومعدلات تكاثر أقل في ظل الظروف الحمضية. في المقابل، تزدهر بعض الطحالب، وبعض أنواع الحزازيات مثل الإسفغنون ، في البيئات الحمضية، وقد تهيمن بسرعة على هذه الموائل، متفوقةً على الأنواع الأخرى. على وجه الخصوص، من الشائع ملاحظة زيادة في وفرة الإسفغنون. يتمتع الإسفغنون بقدرة عالية على تبادل أيونات الهيدروجين (H ⁺⁾ مع الكاتيونات القاعدية داخل المياه العذبة. تحد الطبقة السميكة من الإسفغنون من التبادل بين المياه السطحية والرواسب، مما يساهم بشكل أكبر في الحد من دورة المغذيات في النظام البيئي. ^{[ 9 ]} يمكن استخدام الرصد البيولوجي المائي لدراسة صحة النظم البيئية المائية.

يمكن أن تؤثر التربة التي تتعرض للتحمض سلبًا على الزراعة. ^{[ 15 ]} تستطيع بعض الأنواع تحمل مستويات حموضة منخفضة في بيئتها. على سبيل المثال، يمكن للضفادع وسمك الفرخ تحمل مستوى حموضة يصل إلى 4. ^{[ 16 ]} وهذا ما يسمح لهذه الأنواع بعدم التأثر بالترسبات الحمضية في بيئتها المائية، مما يُمكّنها من البقاء على قيد الحياة في هذه الظروف. ^{[ 16 ]} مع ذلك، فإن معظم الأنواع المائية، مثل المحار والقواقع، لا تستطيع تحمل مستويات الحموضة المنخفضة، مما يؤثر سلبًا على نموها وبقائها. وتؤدي المستويات الحمضية العالية إلى تآكل أصدافها السميكة، مما يقلل من حمايتها من المفترسات. ^{[ 16 ]}

يُعدّ جريان المياه الزراعية مصدرًا رئيسيًا للنيتروجين والفوسفور، اللذين يُسهمان في تحمض المياه العذبة. ويمكن لتطبيق أفضل الممارسات الإدارية في الزراعة، كتقليل استخدام الأسمدة الكيميائية، وتحسين إدارة السماد العضوي ، واعتماد تقنيات الزراعة الدقيقة ، أن يُقلل بشكلٍ كبير من جريان المغذيات إلى المسطحات المائية. ^{[ 17 ]} كما يُمكن لإنشاء مناطق عازلة على ضفاف الأنهار - وهي عبارة عن شرائط نباتية تُزرع على طول المسطحات المائية - أن يُساعد في ترشيح الملوثات من الحقول الزراعية قبل وصولها إلى أنظمة المياه العذبة. ^{[ 18 ]} ولا تُقلل هذه التدابير من التحمض فحسب، بل تُخفف أيضًا من ظاهرة التخثث وتُحسّن جودة المياه بشكلٍ عام.

تُعدّ الأراضي الرطبة والأراضي الخثية بمثابة حواجز طبيعية لأنظمة المياه العذبة، حيث تمتص الملوثات وتنظم تدفق المياه. ^{[ 19 ]} وقد أظهرت مشاريع ترميم الأراضي الرطبة قدرتها على زيادة مرونة أنظمة المياه العذبة في مواجهة التحمض وغيره من الضغوط البيئية. ^{[ 20 ]}

يُعدّ التكليس من أكثر الممارسات شيوعًا وفعاليةً لمعالجة التحمض. في هذه العملية، يُضاف كربونات الكالسيوم (CaCO₃ _{) إلى النظام لرفع مستوى الرقم الهيدروجيني (pH).} ^{[ 21 ]} من خلال رفع مستوى الرقم الهيدروجيني، يُساعد التكليس البيئة على العودة إلى حالة مشابهة لما كانت عليه قبل التحمض.

تُستخدم بعض التقنيات للحد من مساهمة التعدين في زيادة حموضة المياه، مثل المعالجة السلبية عبر العمليات البيولوجية الطبيعية ومعالجة مياه الصرف بمواد قلوية. ^{[ 12 ]} ومن العوامل المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها عند دراسة سبل الحد من حموضة المياه العذبة، الخيارات التي يتخذها الناس يوميًا لحماية البيئة. إن اتباع نهج دائري للتقليل وإعادة الاستخدام والتدوير يُمكن أن يُقلل من استنزاف الموارد ويُخفف من النفايات، بما في ذلك خفض حموضة المياه. ^{[ 22 ]}

يمكن أن يؤدي تنظيم الانبعاثات البشرية المنشأ، وتحديدًا أكاسيد الكبريت _{وأكاسيد} النيتروجين _، إلى انخفاض كبير في الأمطار الحمضية وتحمض المسطحات المائية. ^{[ 23 ]} فعلى سبيل المثال، ساهمت اتفاقية جودة الهواء بين كندا والولايات المتحدة في خفض مستويات الأمطار الحمضية والأوزون بنسبة 78% في كندا و92% في الولايات المتحدة، حتى عام 2020. ^{[ 24 ]} علاوة على ذلك، يُعدّ الاستثمار في العلماء لرصد وجمع البيانات أمرًا ضروريًا لإنشاء نموذج يُستخدم في وضع سياسات ناجحة. ^{[ 25 ]} فعلى سبيل المثال، يمكن تطبيق بروتوكول للتخفيف من حدة هذه المشكلة. ^{[ 25 ]} كما يمكن للحكومات استثمار الأموال لدعم الشركات لتقليل تلوثها وتحفيزها على استخدام أساليب إنتاج مبتكرة، لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وكمية المواد الحمضية المتولدة. إضافة إلى ذلك، يمكن للمؤسسات الحكومية في جميع أنحاء العالم التعاون بشأن قضية التحمض والعمل معًا لإيجاد حل عملي من خلال اتفاقيات دولية. ^{[ 15 ]} تشمل بعض التطبيقات الحكومية الناجحة برنامج الأمطار الحمضية ^{[ 26 ]} الذي تم إنشاؤه في الولايات المتحدة عام 1995، وبروتوكول غوتنبرغ الأحدث، الذي وضعته لجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا (UNECE) للحد من التحمض. ^{[ 27 ]}

تُعد بحيرات أديرونداك في نيويورك من أكثر الحالات الموثقة لدراسة تحمض المياه العذبة. فمنذ سبعينيات القرن الماضي، بدأت تظهر عليها علامات التحمض نتيجة انخفاض قيم قدرة معادلة الحموضة (ANC) بسبب الانبعاثات الصناعية لثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ₎ وأكاسيد النيتروجين (NOₓ ₎ ، مما أدى إلى هطول الأمطار الحمضية. ^{[ 3 ]} حملت الرياح الملوثات من الغرب الأوسط للولايات المتحدة إلى منطقة أديرونداك، مما أدى إلى انخفاض مستوى الرقم الهيدروجيني (pH) في المسطحات المائية والتربة المحيطة بها. ^{[ 28 ]} وقد نتج عن تحمض المياه انخفاضٌ كبير في التنوع البيولوجي المائي، بما في ذلك اختفاء أنواع من الأسماك والقشريات . ^{[ 29 ]}

بُذلت جهودٌ حثيثةٌ لاستعادة الحالة البيئية لبحيرات أديرونداك من خلال خفض انبعاثات _ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين _بموجب قانون الهواء النظيف لعام ١٩٩٠. [ ^{٣ ] تُظهر} بيانات الرصد تحسّنًا في جودة المياه، على الرغم من أن العديد من النظم البيئية لا تزال عرضةً للخطر بسبب الآثار طويلة الأمد للترسبات الحمضية على التربة ومستجمعات المياه. ^{[ ٣٠ ]} تُبيّن هذه الحالة كيف ساهم قانون الهواء النظيف في معالجة الأسباب البشرية لتحمض المياه العذبة. ومع ذلك، تُشير الدراسات إلى أن التعافي البيئي لا يزال يُمثّل تحديًا نظرًا للآثار طويلة الأمد للترسبات الحمضية. ^{[ ٣١ ]}

• "القياسات والملاحظات: OCB-OA" . Whoi.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-03-2019 .