[科普中國(guó)]-北美死湖事件

背景

工業(yè)革命之后，西方各地的工廠、汽車以及居民家庭開始大量燃煤，并把未經(jīng)處理的燃煤廢氣排入大氣，美國(guó)和加拿大也不例外，尤其是在工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)。這些廢氣中含有大量二氧化硫和氮氧化物（如一氧化氮、二氧化氮）。二氧化硫在大氣中被氧化成為三氧化硫，然后和大氣中的水結(jié)合生成硫酸。氮氧化物則在被氧化后和水生成硝酸。硫酸和硝酸都是強(qiáng)酸，如果降水（雨、雪、雹、露等）中強(qiáng)酸的濃度過高，導(dǎo)致降水的 pH 值小于 5.6，那么這樣的降水就是酸雨了。酸雨的概念在 19 世紀(jì)末被提出。美國(guó)的酸雨從 20 世紀(jì) 50 年代起得到關(guān)注和研究。1974 年，康奈爾大學(xué)（Cornell University）的兩位科學(xué)家（Cogbill 和 Likens）調(diào)查了美國(guó)雨水的 pH 值，發(fā)現(xiàn)美國(guó)東北部（Northeast）的平均值是 4.3—5，并且很多其它地區(qū)（南至佛羅里達(dá)北至加拿大）的雨水 pH 值也低過了 5.6。12

酸雨對(duì)生態(tài)最明顯的破壞就體現(xiàn)在水體中，如溪流、湖泊、沼澤。有些水生物能夠抵抗湖水變酸，但是另一些水生物則會(huì)隨著湖水酸性增高（pH 值降低）而死去。通常，年幼的生物更容易因湖水變酸而死去。當(dāng)湖水的 pH 值降到 5 時(shí)，水生物的卵幾乎都無法孵化。當(dāng)湖水的 pH 值低于 5 時(shí)，部分成年水生物死亡。不同物種對(duì)湖水酸性的耐受能力也是不同的。比如，pH 值低于 6 時(shí)，蝸牛會(huì)死亡；pH 值低于 5.5 時(shí)，小龍蝦會(huì)死亡，植物基本上都會(huì)死亡，昆蟲也基本上都會(huì)死亡；pH 值低于 5 時(shí)，鱒魚會(huì)死亡；pH 值低于 4 時(shí)，青蛙會(huì)死亡。而且，即使某些物種能夠承受低 pH 值，但如果它們所食用的物種因低 pH 值而死，它們也會(huì)因食物不足而死去。一般來說，湖水的 pH 值低于 5.5，這片湖水的生態(tài)就嚴(yán)重受損，算是“死湖”了。3420 世紀(jì) 80 年代，美國(guó)的紐約州受酸雨影響最重，死湖數(shù)量也最大，擁有超過 200 個(gè)死湖。馬薩諸塞州其次，擁有超過 100 個(gè)死湖。明尼蘇達(dá)、加利福尼亞、佛蒙特、賓夕法尼亞、佛羅里達(dá)等工業(yè)發(fā)達(dá)的州也因酸雨而產(chǎn)生了大量死湖。5

并非所有的湖泊都對(duì)酸雨非常敏感。有的湖泊的湖底土壤含有大量鈣鹽、鎂鹽而能中和湖水的酸性，所以即便酸雨注入湖水，湖水的 pH 值也不低。但有的湖泊的湖底沒有這樣的土壤，或這樣的土壤較薄，所以一旦有酸雨注入，湖水的 pH 值就明顯降低了。這就是為什么接收酸雨的量相近、水容量也相近的湖泊會(huì)有不同的酸化程度，有的只是輕微酸化，而有的則成為了死湖。24

實(shí)例美國(guó)在整個(gè)北美，最為人熟知的死湖莫過于阿迪朗達(dá)克的死湖了。

在 20 世紀(jì) 80 年代，科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)對(duì)美國(guó)紐約州阿迪朗達(dá)克地區(qū)（Adirondack Region）的湖泊狀況的調(diào)查，這項(xiàng)調(diào)查證實(shí)了酸雨和湖水酸化以及湖泊中生物大量死亡的關(guān)系。一共有 1,469 個(gè)湖泊被調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示其中三分之一的湖泊的 pH 值低于 5.6。這些湖當(dāng)中，很多湖的酸化是由酸雨引起的。該地區(qū)的西部，酸雨最為嚴(yán)重的，那里的湖水也是阿迪朗達(dá)克地區(qū)最酸的（能中和酸的土壤很少），而且那些湖里的生物種類是最少的。直到今天，阿迪朗達(dá)克地區(qū)西部的湖仍然是美國(guó)最酸的湖。過去的一百年中，阿迪朗達(dá)克地區(qū)的 pH 值低于 5.6 的湖的數(shù)目增長(zhǎng)了一倍。6科學(xué)家曾經(jīng)給這些湖里投放了共 14 噸小蘇打，然而只是杯水車薪。7

1984 年，生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)阿迪朗達(dá)克地區(qū)的 Brooktrout 湖——一個(gè)曾經(jīng)滿是鱒魚的湖，以及附近的幾百個(gè)湖里的魚全都死光了。2005 年底，生物學(xué)家往 Brooktrout 湖中投放了一批鱒魚（20 條成年魚，2,000 條魚苗）。2006 年春天，生物學(xué)家又前往 Brooktrout 湖調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鱒魚成功存活了。但是阿迪朗達(dá)克地區(qū)的湖水酸化仍然嚴(yán)重。8

1985 年 4 月，美國(guó)威斯康辛州政府公布了一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果，該結(jié)果顯示該州的湖泊中有 302 個(gè)受到酸雨的嚴(yán)重破壞，剩下的 1,435 個(gè)湖也不同程度地受到了酸雨的破壞，死湖占據(jù)了該州湖泊的約 12%。在當(dāng)時(shí)，這個(gè)州的死湖數(shù)量暫時(shí)超過了阿迪朗達(dá)克地區(qū)。5

加拿大 安大略（Ontario）省的薩德伯里（Sudbury）曾是加拿大境內(nèi)受酸雨影響最嚴(yán)重的地區(qū)，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐逆囈睙拸S曾經(jīng)排放出大量的二氧化硫，引起酸雨，而且當(dāng)?shù)赝寥罌]有足夠的鹽類去中和酸。當(dāng)?shù)氐乃嵊陣?yán)重影響了湖泊。比如， 1983 年對(duì)薩德伯里附近的一個(gè)湖泊——Lohi Lake 的調(diào)查顯示，受酸雨影響，該湖的 pH 值最低可達(dá) 4.4。但是 1990 年后，加拿大出臺(tái)的法規(guī)制約了當(dāng)?shù)氐目諝馕廴?，酸雨?duì)顩r得到了一定改善。當(dāng)?shù)氐暮?pH 值漸漸升高了，生物多樣性也有所改善。93