池や湖の魚が大量死する原因は、酸性雨かもしれません。
あけましておめでとうございます。
２０２３年は１年中気温が高い日々でした。夏はとても暑く、秋も夏日になる日が多く、１１月や１２月になっても、ダウンジャケットが必要な日は片手で数えられる程度でした。地球温暖化の影響を肌で感じられる１年だったと思います。２０２４年はもっと気温が高い日が多くなるかもしれません。近年の環境変化は急激なので、海や湖、森林と言った自然がどのように変化するのか、とても心配になります。
地球温暖化と酸性雨
酸性雨は、１９６０年代から既に環境破壊の要因として、ニュースで報じられていました。原因は、工場の排気ガスに含まれる硫酸や硝酸でした。特にヨーロッパでは森林の木々が枯れて、酸性雨の影響ではないかと研究されていました。その後の研究で、酸性の水を植物の葉にかけても、何の変化もないので、酸性雨の影響は少ないと発表されました。そのため、酸性雨は森林を枯らす恐怖の気象現象からpHが低いだけの雨と捉えられるようになりました。しかし最近の研究では、酸性雨の影響は葉ではなく根にあったとされています。酸性雨は、森林の木々が枯れた現象と無関係ではなかったのです。
近年の地球温暖化は、温室効果ガスが原因です。その温室効果ガスの中で、大気中の二酸化炭素濃度上昇が問題となっています。そのため、雨に二酸化炭素が多く溶け込み、酸性雨を発生させる要因となっています。工場の排気ガス中の硫酸や硝酸は、法規制によりかなり低濃度となっています。一方、大気中の二酸化炭素濃度は上昇する一方なので、酸性雨は引き続き降る事となるでしょう。現在、日本で降っている雨は、ほぼpHが5,2より低く、酸性雨とされています。
湖や河川の生き物は、酸性雨の影響を大きく受けます。
酸性雨が降ると、湖や河川に流れ込み、pHを低下させます。湖や河川が酸性化すると、周囲の土壌からアルミニウムが溶出し、アルミニウムイオン濃度が上昇します。そして、このアルミニウムイオン上昇の影響が、河川や湖の諸条件を反映しながら、生物に対する毒性として顕在化します 。科学者のShindler氏は、酸性雨が湖沼のアルミニウム濃度に与える影響について、次のように報告しています。
「酸性化した土や湖底堆積物から湖水や川に放出されたアルミニウムは、イオンや水酸化物になり、魚類に強い毒性を示す 。アルミニウムの毒性は 100~200 ppb を超えると現れ、多くは窒息死という結果になる 。魚のえらをコロイド状の高分子アルミニウム化合物が塞ぐからである。この毒性はpH 5.2~5.4 で最大となり、とくに酸性の強い雪融け水にあたると、魚は 100 ％死亡する。一方、他の生物は魚ほど敏感でない。アルミニウムの影響は生態系の違い、酸性の度合い、集水域の違い、水中の錯生成反応の違いなどによって異なっている。また、アルミニウムの毒性は、 pH のほかアルカリ金属イオン濃度および暴露時間にも依存する。」
H. -H. Stabel, et al. : Vom Wasser, 7 6 (1991) 73.
池や湖の水質は、一年を通して一定ではありません。例えば、pHも大きく変化する環境指数の一つです。秋から冬にかけて酸性雨の影響でpHが下がります。春から夏にかけては、池や湖に藻類が繁茂します。その結果、水に溶けている二酸化炭素が消費され、pHが上昇します。つまり秋から冬にかけて池や湖は酸性化するため、アルミニウムが砂利や底泥からイオンとして溶け込みます。そして、春から夏にかけてpHが上昇すると、アルミニウムはゲル状の水酸化アルミニウムになって、魚の鰓に吸着して窒息死させることになるでしょう。日本ではアルミニウムの害はあまり論じられていません。だから、初夏の池で鯉が窒息により大量死しても、窒息死の原因は不明のままで究明はされません。アルミニウムを除外しないと、魚の大量死のニュースが今後増えるかもしれません。
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Acid rain may be the cause of large numbers of fish dying in ponds and lakes.
Happy new year
In 2023, there were high temperatures throughout the year. Summer was very hot, and there were many summer days in autumn, and even in November and December, I could count on one hand the number of days I needed a down jacket. I think it was a year in which we felt the effects of global warming firsthand. In 2024, there may be many days with even higher temperatures. Environmental changes have been rapid in recent years, so I am very concerned about how nature such as oceans, lakes, and forests will change.
Global warming and acid rain
Acid rain has been reported in the news as a cause of environmental destruction since the 1960s. The cause was sulfuric acid and nitric acid contained in factory exhaust gas. Particularly in Europe, trees in forests were dying, and research was being done on whether this was due to the effects of acid rain. Subsequent research revealed that even if acidic water is poured on plant leaves, there is no change, so the effects of acid rain are minimal. As a result, acid rain has gone from being a frightening weather phenomenon that kills forests to being thought of as just rain with a low pH. However, recent research suggests that the effects of acid rain were on the roots, not the leaves. Acid rain was not unrelated to the phenomenon in which trees in forests withered.
Global warming in recent years is caused by greenhouse gases. Among these greenhouse gases, the rising concentration of carbon dioxide in the atmosphere has become a problem. As a result, a large amount of carbon dioxide dissolves in the rain, causing acid rain. The concentration of sulfuric acid and nitric acid in factory exhaust gas is quite low due to legal regulations. On the other hand, as the concentration of carbon dioxide in the atmosphere continues to rise, acid rain will continue to fall. Most of the rain currently falling in Japan has a pH lower than 5.2 and is considered acid rain.
Living things in lakes and rivers are greatly affected by acid rain.
When acid rain falls, it flows into lakes and rivers, lowering their pH. When lakes and rivers become acidic, aluminum is leached from the surrounding soil, increasing aluminum ion concentrations. The effects of this increase in aluminum ions manifest as toxicity to living organisms, reflecting the various conditions of rivers and lakes. Scientist Dr. Schindler reports on the effects of acid rain on aluminum concentrations in lakes:
``Aluminum released into lake water and rivers from acidified soil and lake sediment becomes ions and hydroxides, and is highly toxic to fish. Aluminum toxicity becomes apparent at concentrations above 100-200 ppb, often resulting in death by suffocation. This is because the colloidal polymeric aluminum compound blocks the gills of the fish. This toxicity is maximum at pH 5.2-5.4, and 100% of the fish die when exposed to highly acidic snowmelt water. On the other hand, other organisms are not as sensitive as fish. The effects of aluminum vary depending on the ecosystem, the degree of acidity, the catchment area, and the complexation reactions in the water. Also, the toxicity of aluminum is It depends on pH as well as alkali metal ion concentration and exposure time.
The water quality of ponds and lakes is not constant throughout the year. For example, pH is one of the environmental indices that changes significantly. From autumn to winter, pH decreases due to acid rain. From spring to summer, algae blooms in ponds and lakes. As a result, the carbon dioxide dissolved in the water is consumed and the pH increases. In other words, as ponds and lakes become acidic from autumn to winter, aluminum dissolves as ions from gravel and bottom mud. Then, as the pH rises in the spring and summer, the aluminum will turn into gel-like aluminum hydroxide, which will stick to the fish's gills and suffocate them. In Japan, the harms of aluminum are not discussed much. Therefore, even if a large number of carp die from suffocation in a pond in early summer, the cause of the suffocation remains unknown and no investigation is done. If aluminum is not excluded, there may be more news about mass fish deaths in the future.
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