经过多年的争论之后,现在科学家们对酸雨能酸化湖泊取得了一致的意见,并且还确认了决定个别湖泊或河流对酸雨是否敏感的一些主要因素。美国国家科学院酸雨研究小组的主要研究人员认为:在空气中以二氧化硫的形态或在雪、雨中以硫酸盐离子出现的硫沉积作用是造成美国东北部地区湖泊、河流酸化的主要原因;同时还认为即使硫沉积作用保持恒定不变或开始下降,水质仍会继续恶化,并影响动植物的生存。

许多酸雨研究人员对这项研究的一致意见,反映出目前研究的重点已从酸雨是否会酸化湖泊转向研究酸化过程有多快和有多少湖泊受损害。佛吉尼亚大学的J. N. 格罗惠说:“土壤是我们研究的关键。”土壤粒子是带负电荷的,并且吸引正离子,包括铝、氢离子以及碱性的钙、钾和镁正离子,研究人员已发现土壤的酸度越高,包围土壤颗粒的铝和氢离子的比例就越大。当酸性沉积物将带负电荷的硫酸盐离子引入到土壤的水分中时,这些离子就把土壤颗粒中的正离子脱离掉。如果土壤原来就非常酸,则氢和铝离子就更可能被溶解掉,并随着硫酸盐流入湖泊和河流中,增加水的酸度(氢离子的浓度)和流入毒性的铝。这样,被高酸性土壤包围的水域就酸化,其原因并非由于天然酸溶解于水中,而是由于硫酸盐的作用,它从大气中沉积下来夺去了土壤中的铝和氢离子。

酸化发生的速度受两个过程的影响:一个过程是碱性正离子被土壤中的矿物质如石灰石风化所替代的速度有多快;另一个过程是土壤吸收硫酸盐的能力以及阻止它流入湖泊和河流中的能力。田纳西州国立奥克里实验室土壤科学家D. 约翰逊说:“我们亟须知道的而门前还不曾掌握的是可交换的碱性正离子(包围土壤颗粒的原子)从不可交换的酸性物中得到补充替代的速度。”

水体由于硫酸盐的沉积作用而酸化,其受损程度取决于硫酸盐降入水域的多少、水流入土壤的途径、土壤的天然酸度、土壤吸收硫酸盐的能力以及由于矿物质风化释出碱性正离子的速度(决定于基岩的类型)。这些因素对某些湖泊与河流来说变化悬殊。格罗惠用两种不同的浴缸连续注水一段时间来作对比:大理石浴缸不断补充碱性正离子,浴缸不发生酸化;而石英浴缸注入任何酸性的硫酸盐水就立刻发生反应。天然湖泊与河流的酸化就介于这两种变化之间。

多年的硫酸盐沉积作用会逐渐降低土壤吸取硫酸盐或取代碱性正离子的能力。这样,某种类型的湖泊就可能在开始的几年或几十年中对酸雨没有明显的反应,而以后突然迅速地遭受损害。地质学家诺顿(S. A. Norton)用化学分析法对纽约州艾德朗台克湖底的沉积物论证了这一效应,同时还指出过去数十年来沉积的程度虽已保持不变,而沉积物的化学性质仍在变化。

挪威水质研究所的赖特(R. F. Wright)也描述了相同变化对水生生物在时间上滞后的影响,虽然酸沉积可能趋于稳定,但是主要的长期生物变化续发生,受酸化水质支配的鱼和其他水生物仍在继续遭受很大的损害。例如突然的暴雨在短时间内将大量的硫酸盐和铝冲入水域中,使水域遭受很大的损害。赖特说:“挪威在过去十三年中并不存在酸沉积的严重倾向,但是鲑鱼的死亡仍在发生。”

一个不曾解决的问题是:如果硫酸盐的沉积减少了或消灭了,则湖泊与土壤要多长时间才能复原;另一个问题是:如果不采取适当的措施来降低硫酸盐沉积的程度,则有多少湖泊处于酸化的边缘。格罗惠说:根据我们掌握的资料,我们能判定湖泊扣河流的酸化状态,并且为今后将发生什么提出一个总的概念。但是一旦我们取得更多的关于碱性正离子与负离子交换速度的资料,我们则能预测将来会发生什么,提出硫化物沉积的不同情况。约翰逊说:“我认为经过这些年来的研究,最后我们会使大多数土壤人员同意这些重要的作用过程。现在我们已着手以数量来表示它们,整理出各地区重要的资料。”

(Science News,1984年3月)