לוע וולקני באינדונזיה בגובה של מעל 7,700 רגל (2,350 מטר) מעל פני הים הוא ביתו של האגם החומצי הגדול ביותר בכדור הארץ, עם מים כמו חומצת סוללה. בקטע זה מתוך "מעבר לים: החיים הנסתרים באגמים, נחלים ואדמות ביצות" (Johns Hopkins University Press, 2024), מחברדיוויד סטריירבוחן את הכימיה הקיצונית של כמה מהאגמים הטבעיים של הפלנטה שלנו - ואת החיים שהם מארחים.
אני מכיר אנשים שמאוד אוהבים כימיה של מים. הם מבלים כל היום במחשבה על תגובות חיזור ואיזון מסות וערכיות ומדדי מסיסות ומדדי ספירלה, וכשיום העבודה נגמר, הם יוצאים לשתות בירה עם החברים שלהם ומדברים על תגובות חיזור ומדדים מתפתלים. (מניסיוני, חובבי כימיה במים הם לעתים קרובות גם אניני בירה, וזה הגיוני בצורה מוזרה אם אתה חושב על כוס בירה כסוג מיוחד של תמיסה מימית).
אלו הם אנשים שכאשר מתבקשים לתת שם ליסוד הכימי האהוב עליהם אומרים "אוי, אוי, אפשר שלושה?" ואז תן חמישה. אני מנחש שאתה לא מהאנשים האלה.
אז במקום להיכנס לפרטי פרטים, יסוד אחר יסוד מייגע, על השונות העצומה בתכולה הכימית של המים הפנימיים, אני רק הולך לדבר בקצרה על כמה ה-pH משתנה במים הפנימיים, בהנחה שזה מספיק כדי להבהיר את הנקודה שלי על המגוון הכימי של המים הפנימיים, ועבור לנושאים שאתה אוהב יותר מאשר כימיה במים.
אולי אתה זוכר מהכימיה בתיכון ש-pH הוא מדד לשאלה האם חומר הוא חומצי או בסיסי (או "בסיסי"). לחומרים שהם ניטרליים (לא חומציים ולא בסיסיים) יש pH של 7, לחומרים חומציים יש pH נמוך מ-7 (חומץ ביתי בעל pH של כ-2.5), ולחומרים בסיסיים יש pH גבוה מ-7 (לאמוניה ביתית יש pH של כ-2.5). של כ-11.5). סולם ה-pH הוא לוגריתמי - שינוי ב-pH של יחידה אחת מייצג שינוי של פי 10 בחומציות (טכנית, שינוי של פי 10 ב-פְּעִילוּתשל יוני מימן). אז לחומץ ב-pH של 2.5 יש בערך פי מיליארד יותר פעילות יוני מימן מאשר לאמוניה ב-pH של 11.5.
הסולם הלוגריתמי מאפשר לנו לבטא בצורה נוחה הבדלים עצומים בכימיה, אך מקל לשכוח שהבדלים קטנים בסולם ה-pH יכולים להיות הבדלים גדולים בכימיה שיכולים להיות להם השלכות גדולות.
לדוגמה, לאוקיאנוס כיום יש pH של סביב 8.1, מה שאומר לנו שהוא קצת בסיסי. ריכוזים גבוהים יותר של פחמן דו חמצני באוויר כתוצאה משריפת דלק מאובנים גרמו ל-pH של האוקיינוס לרדת ב-0.1 יחידות מערך קדם-תעשייתי של 8.2, ומודלים מראים שהוא עשוי לרדת ל-7.8 עד שנת 2100. אלה נשמעים כמו שינויים קטנים שכמעט לא כדאי לדאוג. אבל שינוי מ-8.2 ל-8.1 מייצג עלייה ביון מימן של 26%, ושינוי מ-8.2 ל-7.8 פירושו עלייה של 150%.
השינויים הללו מספיקים כדי לגרום לבעיות חמורות עבור החיים הימיים. אורגניזמים כמו צדפות ואלמוגים שמייצרים את הקליפות שלהם מסידן פחמתי מתקשים יותר ויותר לבנות ולתחזק את הקליפות שלהם אם ה-pH יורד רק בכמה עשיריות נקודה. מדעני אוקיינוסים מתאמצים כעת להבין ולמצוא דרכים למנוע או לנהל את השינויים הללו לפני שנאבד חלקים חשובים ממערכות אקולוגיות באוקיינוסים כאשר ה-pH יורד ב-0.3 או 0.4 יחידות.
טווח ה-pH על פני המים הפנימיים גדול בהרבה מכמה עשיריות הנקודה החשובות כל כך באוקיינוס. זה חושף אורגניזמים של מים פנימיים (ותהליכים כימיים) למגוון עצום של תנאים כימיים. לרוב המים הפנימיים יש pH בין 4 ל-9. שוב, טווח זה אולי נשמע צנוע, אבל הוא מייצג טווח של פי 100,000 בפעילות יוני המימן. ויש מים שנמצאים גם מחוץ לטווח הרחב הזה.
המים הפנימיים הטבעיים החומציים ביותר הם האגמים השוכנים במכתשים של הרי געש, כמו Kawah Ijen באינדונזיה. אגמים אלה עשירים כל כך בחומצה גופרתית עד כי ייתכן שיש להם pH נמוך של 0.1. כדי לשים זאת בהקשר, לחומצת סוללה טרייה יש pH של בערך 0.7. התווית על חומצת הסוללה (שזכור היא חזקה בערך ברבע ממי האגם האלה) מזהירה כי היא גורמת לכוויות עור קשות ולנזק בעיניים וממליצה לצרכנים להשתמש בציוד מגן אישי, להתקשר מיד למרכז בקרת רעלים אם הם נבלעים, ולפנותו למפעל מאושר לפינוי פסולת. אולי תרגישו די בטוחים בניחוש ששום דבר לא חי באגם הזה.
אבל כשמדענים דגמו את Kawah Ijen (משימה שדרשה ציוד מיוחד; כפי שאתה יכול לדמיין, הרבה ציוד רגיל כמו סירות אלומיניום יתמוססו במי האגם), הם מצאו אצה ירוקה ושלושה סוגים של ארכאים החיים באגם.
ככל הנראה, אין חיות באגם. עם זאת, המים החומציים בזרם המוצא שלהם מנוטרלים בהדרגה תוך כדי זרימתם במורד הזרם, והחוקרים גילו זחלי זבובים המכונים כירונומידים החיים בנחל בנקודה שבה זרם המוצא הגיע ל-pH של כ-2.5 (כמו חומץ, זוכרים?).
קָשׁוּר:
ויותר מדהים, לא רק שמינים אלה שורדים במים חומציים מאוד, אלא שחלקם אפילו מעדיפים את התנאים הקשים הללו. אחד מהארכאים החיים במים געשיים יכול לסבול pHמתחת ל-0וגדל בצורה הטובה ביותר ב-pH של 0.7. כלומר, חומצת הסוללה היא ה-pH האידיאלי שלה וחומץ ומיץ לימון עדינים מדי לטעמה. (אם אתה תוהה כמה נמוך ה-pH של מים לא טבעיים יכול לרדת, pH נמוך כמו -3.6, כן זהמִינוּס3.6, נרשם בכמה מי תהום בקליפורניה מזוהמים מפסולת כרייה. זו הייתה בעיה טכנית גדולה עבור מדענים להבין אפילו איך למדוד pH נמוך כל כך.)
בקצה השני של הספקטרום, לאגמי אלקלי יש לעתים קרובות pH של 9.5 עד 11.5. אגמי אלקלי מתרחשים בדרך כלל באזורים יבשים עד כדי כך שכל מים שזורמים לאגם עוזבים על ידי אידוי ולא דרך זרם מוצא. זה מאפשר למינרלים המומסים במים להצטבר לריכוזים גבוהים מאוד. בהתאם לגיאולוגיה שמסביב, אגמים כאלה עשויים להתפתח לאגמי מלח (כמו אגם המלח הגדול ביוטה) המלאים בנתרן כלורי (מלח שולחן רגיל) או אגמי אלקלי המכילים הרבה נתרן קרבונט (סודה כביסה) ומינרלים אחרים שנותנים לאגמים pH ובסיסיות כה גבוהים.
אגמי אלקלי ומשטחי המלח שנוצרים כשהאגם מתייבש לגמרי היו בחדשות לאחרונה מכיוון שכמה אגמים ומדירות אלקליות הם מקור עיקרי לליתיום, הדרוש לייצור סוללות למכוניות חשמליות ושיש לו שימושים נוספים. אגמי אלקלי מופיעים גם במערבונים הישנים - מטיילים מיובשים שנגמרו להם המים לפני יומיים נתקלים בבריכה מדברית, והגרין שבחבורה זורק את עצמו למים המליחים, בולע אותם בלגימות ענק. ואז הוא מועד מהמים, מתכופף, ולאחר מכן מנהיג הלהקה הלקוני מעיר: "מים רעים".
שוב, אתה עלול לחשוב שמים רעים כאלה לא יפרנסו חיים. כמו במקרה של האגמים הוולקניים החומציים בצורה קורוזיבית, מינים בודדים מלבד חיידקים יכולים לסבול את התנאים הקשים באגמי אלקלי, אבל המינים המעטים האלה יכולים להיות פרודוקטיביים ביותר. למעשה, אגמי אלקלי יכולים להיות מהפרודוקטיביים ביותר של המים הפנימיים מבחינת הכמות העצומה של ביומסה שגדלה מדי שנה.
אז בניגוד ל-pH של האוקיינוס, שהוא קרוב מאוד ל-8.1, ה-pH של המים הפנימיים משתרע על טווח שבין כ-0.1 ל-11.5, המייצג טווח של פי 250 מיליארד בפעילות יוני מימן. החיים קיימים ואף משגשגים בטווח העצום הזה. טווח עצום זה ב-pH מהווה גם אתגר וגם הזדמנות לאבולוציה לייצר מינים שהאקולוגיה והפיזיולוגיה שלהם מותאמות לחלק ספציפי כלשהו שלו: מינים שונים למים חומציים חזקים, מים חומציים עדינים, מים ניטרליים, מים אלקליים עדין ומיוחדים. מים אלקליין.
קטע מתוך"מעבר לים: החיים הנסתרים באגמים, נחלים ואדמות ביצות" מאת דיוויד סטרייר. זכויות יוצרים 2024. פורסם באישור מאת Johns Hopkins University Press.
