Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

Surhedsgrad

Oprindelig forfatter KSJe

Vandets surhedsgrad (pH-værdi) bestemmes først og fremmest af dets indhold af hydrogenkarbonat (HCO3-) og kuldioxid (CO2), men også tilstedeværelsen af forskellige organiske og uorganiske syrer spiller i særlige tilfælde en rolle.

Hydrogenkarbonat dannes ved forvitring af kalk og lermineraler. Kuldioxid dannes ved organismernes nedbrydning af organisk stof, og desuden opløses der kuldioxid fra atmosfæren i vandet. De organiske syrer er humussyrer, som dannes ved langsom nedbrydning af vedstof og andre svært nedbrydelige forbindelser i planterne, og endelig er der de uorganiske syrer, hvoraf især svovlsyre er vigtig. Den dannes ud fra svovl under særlige omstændigheder, som beskrives nærmere nedenfor.

Ved forvitringen af kalk frigives der i øvrigt også kalcium, som spiller en vigtig rolle for organismer med kalkskaller, men det er en helt anden historie (figur 13-9).

Annonce

 Figur 13-9. Antallet af sneglearter i norske søer med forskelligt indhold af kalcium i vandet.

Figur 13-9. Antallet af sneglearter i norske søer med forskelligt indhold af kalcium i vandet.

Hydrogenkarbonat, kuldioxid og vandets surhed

Hydrogenkarbonat kan neutralisere såvel syre som base. Denne evne benytter dyr til at stabilisere pH i deres kropsceller og i blodet. Også planter benytter hydrogenkarbonat som pH-stabilisator i cellerne og desuden som kulstofkilde ved fotosyntesen (se mere herom i Søernes rodfæstede planter og de følgende afsnit). Og så spiller hydrogenkarbonats neutraliserende egenskab som nævnt ovenfor en stor rolle for søvandets surhedsgrad. Jo større vandets indhold af hydrogenkarbonat er i forhold til kuldioxidindholdet, jo mere vil pH stige (dvs. surhedsgraden falde) – til slut helt op til 8,5 – fordi stoffet er stærkere som base end som syre (se nærmere i Vandløbenes miljø og de følgende afsnit).

Omvendt virker CO2, der er opløst i vandet, forsurende, fordi det danner kulsyre sammen med vand. Jo større overskud af CO2 i vandet, jo surere bliver det. Det, der først og fremmest får kuldioxidindholdet til at stige, er nedbrydning af organisk stof, fordi der jo herved frigives CO2. Og det, der især får kuldioxidindholdet til at falde er fotosyntese, der jo forbruger CO2. I hydrogenkarbonatrige søer med en pH på 8,0-8,5 kan opblomstring af planteplankton og intensiv fotosyntese hæve pH til 9,5-10,5 (figur 13-10). I bundvandet under springlaget skaber intensiv nedbrydning omvendt overmætning med CO2 og sænker pH til 7,0-8,0. Fra overfladen til bunden kan pH i vandsøjlen derfor falde med 2-3 pH-enheder.

 Figur 13-10. pH-værdi i en lang række danske søer med forskelligt indhold af hydrogenkarbonat. Langs linjen ses den pH-værdi, der findes, når vandets CO2-indhold er i ligevægt med luftens. Under linjen har søen reduceret pH pga. CO2 overmætning skabt af høj respiration i forhold til fotosyntese. Over linjen har søen forhøjet pH pga. CO2 undermætning skabt af høj fotosyntese i forhold til respiration.

Figur 13-10. pH-værdi i en lang række danske søer med forskelligt indhold af hydrogenkarbonat. Langs linjen ses den pH-værdi, der findes, når vandets CO2-indhold er i ligevægt med luftens. Under linjen har søen reduceret pH pga. CO2 overmætning skabt af høj respiration i forhold til fotosyntese. Over linjen har søen forhøjet pH pga. CO2 undermætning skabt af høj fotosyntese i forhold til respiration.

Frie mineralske syrer og organiske humussyrer kan i søer med et lavt indhold af hydrogenkarbonat sænke pH yderligere. Mineralske syrer omfatter bl.a. svovlsyre og salpetersyre, og de har langt større pH-effekt end humussyrer.

Svovlsyre dannes bl.a. ved forvitring af mineralet pyrit (jernsulfid, FeS2) under påvirkning af ilt, hvilket er den kraftigst syredannende proces, man overhovedet kender. Den er virksom i vulkanområder og i danske brunkulslejer og lavbundjorder med aflejringer af pyrit. Udsættes pyrit for luftens ilt ved dræning eller opgravning, dannes der svovlsyre og opløst jern (se Kampen om vandet og de følgende afsnit). Småsøerne i de nu nedlagte brunkulslejer i Havnstrup og Søby syd for Herning havde tidligere, dvs. før udjævning og kalkning af jorden, en pH på mellem 2,5 og 3,5. Det er virkelig surt.

Surhedsgradens betydning for organismerne

Et meget basisk miljø (meget lidt surt) med pH på 9,5-10,5 er en betydelig udfordring for både planter og dyr. Ved en så høj en pH-værdi er CO2 kun til stede i små, ubetydelige mængder, og for at klare sig er planterne sandsynligvis alle nødt til at kunne udnytte hydrogenkarbonat i deres fotosyntese. Kan de ikke det, vokser de ikke og forsvinder derfor. For en del planktonalger er så høj en pH direkte giftig, og hos bakterier, smådyr og fisk kan der optræde direkte giftvirkning eller hæmning ved en pH over 10. Især dyrenes æg og yngste stadier er pH-følsomme.

Endvidere kan fiskene blive ammoniakforgiftede. I vand forekommer det giftige ammoniak og det ugiftige ammonium sammen i en kemisk ligevægt med hinanden, og beliggenheden af ligevægtspunktet afhænger af pH. Når pH øges, forskydes ligevægten, så der kommer mere af den giftige ammoniak. Når pH stiger op mod 10, forsøger fiskene derfor at svømme bort til de dele af søen, hvor pH er lavere. Og hvis det er muligt, søger de op i pH-neutrale tilløb.

 Figur 13-11. Blodets indholdet af klorionen Cl- hos ørreder blev målt på forskellige feltstationer under en kraftig forsuring i forbindelse med en pludselig snesmeltning i Norge. Målingerne blev sammenholdt med fiskenes tilstand. Jo dårlige de havde det, og jo flere der var døde, desto mindre var koncentration af klorioner i deres blod. Feltstation I var mindst forsuret, og station V mest forsuret.

Figur 13-11. Blodets indholdet af klorionen Cl- hos ørreder blev målt på forskellige feltstationer under en kraftig forsuring i forbindelse med en pludselig snesmeltning i Norge. Målingerne blev sammenholdt med fiskenes tilstand. Jo dårlige de havde det, og jo flere der var døde, desto mindre var koncentration af klorioner i deres blod. Feltstation I var mindst forsuret, og station V mest forsuret.

Også et meget surt miljø med pH på 2,5-3,5, som man tidligere havde i de gamle brunkulssøer, er skadeligt for organismerne. Lav pH hæmmer cellemembraners evne til at optage og frigive stoffer, som normalt transporteres aktivt igennem dem. Som et eksempel kan nævnes den aktive saltoptagelse, som ferskvandsfisk foretager gennem gællernes overflade for at modvirke det konstante salttab, der er en følge af, at deres cellevæske og deres blod har en højere saltkoncentration end det omgivende vand. Konsekvensen bliver, at fisken taber salt og dør ved lav pH (figur 13-11 og 13-12). Den dødelighed, lav pH fremkalder, forstærkes af aluminium.

Faktisk er det kun meget få, men ganske eksotiske arter, som kan klare meget sure forhold. Blandt algerne kan nævnes kiselalgen Eunotia exigua, grønalgen Chlamydomonas acidophila og øjealgen Euglena mutabilis, der kun findes sådanne steder. Blandt dyrene gælder det nogle få hjuldyr, snabeldafnien Bosmina og enkelte dansemyg og biller med et beskyttende hudpanser. Og blandt fisk er følsomheden størst hos arter og udviklingsstadier med et højt stofskife. Derfor er følsomheden større hos æg og yngel end hos voksne fisk, og større hos hurtige rovfisk som ørred og laks end hos bundfisk som ål.

 Figur 13-12. Ørreder taber mere og mere klor i form af ionen Cl- fra deres blod, jo lavere pH-værdien i det omgivende vand er, og jo længere tid, de udsættes for lav pH-værdi. Klortabet forstærkes af aluminium, som er mest giftigt ved pH 5,1-5,5.

Figur 13-12. Ørreder taber mere og mere klor i form af ionen Cl- fra deres blod, jo lavere pH-værdien i det omgivende vand er, og jo længere tid, de udsættes for lav pH-værdi. Klortabet forstærkes af aluminium, som er mest giftigt ved pH 5,1-5,5.

Søernes surhedsgrad før og nu

Søernes surhedsgrad er steget (dvs. pH er faldet) lige siden slutningen af sidste istid i takt med, at kalk og lermineraler er forvitret og kalken vasket ud af jorderne med nedsivende regnvand. Det fører til faldende indhold af hydrogenkarbonat i søvandet og dermed lavere pH-værdi. Denne proces har man kunnet påvise i både Store Gribsø og Grane Langsø (se De ferske vandes forurening og de følgende afsnit) ved at se på forekomsten af kiselalger i søbunden i de lag, der er aflejret oven på hinanden siden istiden. Forskellige arter lever nemlig ved forskellig pH-værdi, og ved at opgøre de forskellige kiselalgers forekomst i lagene, kan man slutte sig til den pH-værdi, der herskede i vandet, da laget blev aflejret.

Fugtige og kolde tidsperioder kan sænke pH yderligere i forhold til den langsigtede udvikling. Endvidere har øget afbrænding af fossile brændstoffer, der frigør svovldioxid og kvælstofilter, forstærket forsuring af nedbøren i de sidste 100-200 år. Forsuringen var især markant fra 1940 til 1980 (figur 13-13).

 Figur 13-13. Forsuring af 15 sydsvenske søer fra 1930-1940 til 1971.

Figur 13-13. Forsuring af 15 sydsvenske søer fra 1930-1940 til 1971.

I Store Gribsø kan man konstatere forsuring fra år 1900 til 1985. I 1950 var pH i gennemsnit nede på 5,2 og i 1985 helt nede på 4,3. Også det, at nåletræ blev mere og mere almindeligt i søens opland, har sandsynligvis forstærket forsuringen. Konsekvensen har været, at vandbænkebider og ærtemusling forsvandt fra søbunden, mens krebsdyrene Daphnia longispina og Eudiaptomus coeruleus er forsvundet fra dyreplanktonet. Fiskene blev også påvirket, idet blot nogle få, store gedder og aborrer var tilbage i søen midt i 1980’erne, mens yngel slet ikke fandtes. De dominerende toprovdyr var derfor ikke fisk, men store insekter som guldsmede nær bredden og larver af glasmyg i vandet. I 2012 var pH steget til 5,8-5,9, og vandbænkebider og Daphnia var tilbage. Hvinanden indtog positionen som søens toprovdyr.

I Grane Langsø oplevede man et fald i pH fra omkring 5,5 i 1955 til 4,5 i midt-1990’erne (se De ferske vandes forurening og de følgende afsnit). En konsekvens var, at mosserne bredte sig over søbunden på bekostning af kransnålalger. Siden er pH i Grane Langsø steget til omkring 6,0. Fra de øvrige søer af denne type findes der ingen målinger af pH-udviklingen igennem de seneste 10 år. Søforsuring er næsten gledet ud af debatten. Nedskæring i den tidligere landsdækkende overvågning af søernes og vandløbenes tilstand betyder, at man ikke aner, hvordan forholdene har udviklet sig.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Kaj Sand Jensen: Surhedsgrad i Naturen i Danmark, Fenchel, Larsen, Vestergaard, Friis Møller og Sand-Jensen (red.), 2006-13, Gyldendal. Hentet 16. september 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=498263

Teksten indgår i værket Naturen i Danmark, der består af 5 bind. I værket beskrives dyr og planter i Danmarks vandløb, have, skove og åbne landskaber. Læs om værket på gyldendal.dk