Kwasowość i zasadowość wody
Względna koncentracja dodatnich jonów wodorowych albo ujemnych jonów wodorotlenkowych odpowiada za kwasowość lub zasadowość wody. Kwasowość i zasadowość mierzone są w skali pH, która przedstawia bilans w cieczy pomiędzy dodatnimi jonami wodorowymi (H+) i jonami ujemnymi (OH-). Roztwór, który posiada dużo jonów wodorowych, staje się kwasem, a jego pH wynosi od 0 do 7. pH równe 0 oznacza bardzo skoncentrowany kwas, który oparzyłby twoją skórę, a pH od 4,0 do 5,5 to kwas rozcieńczony. Na przykład kwas cytrynowy, który daje cytrynom ich kwaśny smak, jest rozcieńczonym kwasem. Skala pH jest logarytmiczna, co oznacza, że każda kolejna liczba na skali jest równa poprzedniej, pomnożonej o stałą wartość. W przypadku skali pH, stałą wartością jest 10, tak więc każdy stopień na skali jest dziesięciokrotną zmianą. Tak więc na przykład zmiana od pH 6 do pH 7 odpowiada dziesięciokrotnemu wzrostowi zasadowości.
Roztwory, które mają dużo jonów wodorotlenkowych, są zasadami. Ich pH jest wyższe niż 7, a wszystko co ma pH ponad 9, jest uważane za skoncentrowany roztwór zasadowy. Na przykład, wodorotlenek sodu ma pH równe 14 i jest niebezpieczny w dotyku. Dla porównania proszek do pieczenia ma pH około 8.
Czysta woda ma pH równe 7, czyli jest neutralna. Czy myślałeś kiedyś, dlaczego możesz swobodnie otwierać oczy w większości słodkowodnych jezior, a kiedy zrobisz to w oceanie, zaczynają Cię trochę szczypać? Dzieje się tak dlatego, że pH wody morskiej mieści się w zakresie od 7,8 do 8,3, co oznacza bardzo lekką zasadowość. Przypomnij sobie, że różnica pomiędzy pH 7 i 8 oznacza dziesięciokrotną zmianę. Lekka alkaliczność wody morskiej (spowodowana rozpuszczonymi solami) drażni twoje oczy.
Zbiorniki słodkiej wody nie zawsze są neutralne i mogą mieć pH z szerokiego przedziału, od wysokiej kwasowości, do wysokiej zasadowości. pH słodkiej wody może radykalnie zmieniać się zarówno przez procesy naturalne, jak i przez wpływ człowieka. pH oceanu natomiast pozostaje względnie stałe, dzięki buforowaniu. Bufory są substancjami, które zmniejszają podatność roztworu na zbyt duże zmiany w kwasowości i zasadowości. Woda morska jest buforowana przede wszystkim przez zawarty w niej dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla łączy się z wodą w wielu reakcjach chemicznych, które albo wiążą, albo uwalniają jony wodorowe. Jeżeli woda jest zbyt zasadowa, reakcje te uwalniają jony wodorowe i zwiększają kwasowość. Z drugiej strony, jeżeli woda staje się zbyt kwaśna, inne reakcje wiążą jony wodorowe i zwiększają jej zasadowość. Cykl węglowy to istotny, ale skomplikowany proces, który utrzymuje pH oceanów na stosunkowo stałym poziomie (więcej o tym w dalszej części).
Mimo, że pH wody morskiej jest względnie stałe, zmienia się z głębokością. Dzieje się tak dlatego, że ilość dwutlenku węgla zależy od głębokości. Wyższe, oświetlone przez Słońce warstwy, zwane strefą fotyczną, zawierają największą gęstość organizmów fotosyntetycznych. Organizmy wykorzystują dwutlenek węgla, czyniąc przy tym wodę odrobinę mniej kwaśną. Woda powierzchniowa jest też zazwyczaj stosunkowo ciepła, co zmniejsza zawartość dwutlenku węgla w roztworze. Ogólnie rzecz biorąc, ciepła, wydajna woda (woda z dużym przyrostem organizmów) ma pH około 8,5. Na średnich głębokościach w oceanie pH zmienia się niewiele. Oddychanie zwierząt morskich i innych organizmów produkuje więcej dwutlenku węgla. Czyni to wodę trochę bardziej kwasową z niższym pH.
Na głębokości 1000 metrów (3280 stóp) jest już mniej aktywności organicznej. Skutkuje to mniejszym oddychaniem, a więc mniejszą zawartością dwutlenku węgla. Woda jest więc bardziej alkaliczna. Na głębokości 3000 metrów (9840 stóp) i głębiej woda znowu staje się kwasowa. Dzieje się tak z powodu rozkładających się szczątków organicznych, produkujących dwutlenek węgla, przy jednoczesnym braku organizmów fotosyntetycznych, które by go usuwały. Przejście pomiędzy mniej i bardziej kwasową wodą jest nazywane granicą kompensacji węglanu wapnia (CCD – ang. calcium compensation depth). Woda poniżej CCD jest wystarczająco kwasowa, żeby rozpuścić, zbudowane głównie z węglanu wapnia, tonące muszle martwych organizmów.
pH wody również wpływa na dobry rozwój życia morskiego. Doskonałym przykładem są słone jeziora w Palau na Pacyfiku. Słone jeziora Palau są częścią oceanu i woda w nich zmienia się wraz z pływami. Kilka z tych jezior jest kompletnie odizolowanych od otaczającego je oceanu i woda morska wpływa do nich przez szczeliny w wapieniu, typowym dla wysp w tym rejonie. Pęknięcia w wapiennych wyspach pozwalają na transfer słonej wody, ale wykluczają inne formy życia wodnego.
W tych izolowanych jeziorach nie ma drapieżników, a sprzyjające warunki uczyniły jezioro na wyspie Eil Malk domem dla pewnego unikalnego życia morskiego. Jezioro Meduz milionami zamieszkują dwa gatunki nieżądlących meduz (ang. Moon Jellyfish i the Mestiga). Nie posiadają parzydełek, lecz zużywają światło słoneczne do wytworzenia własnej żywności za pomocą komórek glonów w ich przeźroczystych ciałach. W dzień meduzy podążają za Słońcem, a w nocy opadają do głębszych warstw wody, gdzie zaczynając od 18 metrów (60 stóp) rozpuszczony jest siarkowodór (toksyna, która im nie szkodzi). Tam, w głębinach jeziora, uzupełniają swoje biogeny.
W jeziorze można nurkować z fajką, mieszając się z meduzami w górnej warstwie jeziora, gdzie pH wynosi średnio 8,5. Nurkowie są ostrzegani przed zejściem poniżej 9 metrów (30 stóp), gdyż od tej głębokości jezioro zaczyna być bardziej zasadowe. Spowodowane jest to spadkiem oddychania (brak tam innych organizmów morskich), a w konsekwencji spadkiem dwutlenku węgla, czyniąc jezioro bardzo skoncentrowanym roztworem alkalicznym.
