Alkalinite ve Su

Alkalinite tanımı: “Bir su kütlesinin tamponlama kapasitesi; su kütlesinin asitleri ve bazları nötralize etme ve böylece oldukça sabit bir pH seviyesini koruma yeteneğinin bir ölçüsü”

Kısaca açıklama: Alkalinite, sudaki maddelerin (esas olarak karbonat minerallerinin) asitliği nötralize etme yeteneğidir. Yüksek alkaliniteli su, pH’taki değişikliklere karşı daha dirençlidir, yani asitler veya bazlar eklendiğinde pH seviyesi büyük ölçüde değişmez.

Neden önemlidir: Alkalinite, sudaki canlılar için hayati önem taşır. Suyun pH seviyesindeki değişiklikler, balıklar ve diğer su organizmaları için zararlı olabilir. Yüksek alkalinite, bu değişiklikleri önlemeye yardımcı olur ve su ortamını daha kararlı hale getirir.

Alkalinite ve Asit Nötrleştirme Kapasitesi

Alkalinite sudaki bir kimyasal değildir, daha ziyade bikarbonatlar, karbonatlar ve hidroksitler gibi sudaki belirli kimyasalların varlığına bağlı bir su özelliğidir. O halde alkalinite tanımı, “bir su kütlesinin tamponlama kapasitesi; su kütlesinin asitleri ve bazları nötralize etme ve böylece oldukça sabit bir pH seviyesini koruma yeteneğinin bir ölçüsü” olacaktır. Daha basit bir ifadeyle, yüksek alkaliniteye sahip su, kendisinin asitliğinde daha az değişikliğe uğrayacaktır (örneğin asit yağmuru veya asit dökülmesi gibi asidik sular bir su kütlesine eklendiğinde).

Şöyle bir analoji yapalım: Siz ve arkadaşınız bir gölde ayrı küçük kayıklardasınız. Her iki kayık da bir sızıntı oluşturuyor. Bu sizi endişelendirmiyor, çünkü ikiniz de olası bir durumda kullanmanız için birer kova getirmişsiniz. Ancak arkadaşınız büyükçe bir kova almışken, sizde daha küçük bir kova var. İkiniz de kayığınıza giren suyu boşaltmaya başlıyorsunuz, ancak bir süre sonra arkadaşınızın ayakları zar zor ıslanırken, sizin kayığınızın içi dizlerinize kadar su doluyor. Arkadaşınız gelen suyu sizin çıkarabildiğinizden daha hızlı bir şekilde boşaltıyor. Arkadaşınız, sizden daha iyi “tamponlama kapasitesine” sahiptir ve gelen suyu daha fazla nötralize edebilir. Bu benzetmede, arkadaşınızın kayığının alkalinitesi sizin teknenizinkinden daha yüksek olacaktır.

Alkalinitenin Neden Önemli

En sevdiğiniz gölün alkalinitesi hakkında haberlerde sık sık bir şeyler duymasanız da, alkalinite bir gölün sağlığı için önemli olabilir. Gölde yaşayan ekosistem ve organizmalar, hızlı değişmeyen su kütlelerinde evrimleşmiştir. İnsanlar ortaya çıkmadan önce göller kimyasal dökülmelere ve asit yağmurlarına maruz kalmıyordu. Büyük olasılıkla, bir gölün pH’ı ve su özellikleri kısa vadede pek değişmedi, bu da göldeki balıklara gayet uygundu.

Modern zamanlarda, su kütleleri, bir gölün asit/baz dengesinde hızlı değişikliklere neden olabilecek asit yağmuru ve atık suların içerisinde bulunanlar gibi kimyasalların ani girişlerine maruz kalabilir; örneğin göl suyunun pH’ını düşürebilirler. pH’daki ani bir değişiklik, suda yaşayan balıklar ve organizmalar için sağlıklı değildir. Su canlıları, sabit pH değerlerinden faydalanır ve yüksek alkaliniteye sahip sular, oldukça sabit bir pH’ı korumakta daha iyidir.

Nedenleri şu şekilde özetleyebiliriz:

• pH kararlılığı: Yüksek alkaliniteli sular, asit yağmuru, atık su veya diğer asidik kaynaklardan kaynaklanan pH değişikliklerine karşı daha dayanıklıdır. Bu, su canlıları için daha sağlıklı ve daha istikrarlı bir ortam sağlar.
• İstenmeyen maddelerin etkisini azaltma: Alkalinite, alüminyum gibi su ekosistemlerine zarar verebilecek bazı toksik metallerin çözünürlüğünü azaltmaya yardımcı olur.
• Biylojik süreçlere destek: Alkalinite, fotosentez ve nitrifikasyon gibi sağlıklı bir su ortamı için gerekli olan biyolojik süreçleri destekler.

Alkaliniteyi Etkileyen Faktörler

Göl gibi bir yüzey suyu kütlesinde, sudaki alkalinite çoğunlukla gölü çevreleyen kayalardan ve topraktan gelir. Yağış, gölü çevreleyen havzaya düşer ve göle giren suyun çoğu yüzey akışından gelir. Eğer bölge kireçtaşı gibi kayalar içeriyorsa, yüzey akışı kalsiyum karbonat (CaCO3) gibi kimyasalları alır. Bu da suyun pH’ını ve alkalinitesini yükseltir. Örneğin, jeolojinin büyük miktarda granit içerdiği bölgelerde, göller daha düşük bir alkaliniteye sahip olacaktır. Bunun yanı sıra, granit ağırlıklı bir bölgede olsa bile, ev çimlerinden gübrelerin yüzey akışı sonucu bir gölet yüksek bir alkalinite seviyesine sahip olabilir (toprağın pH’ını yükseltip çimlerin daha iyi büyümesi için kireçtaşı kullanıldığı yerlerde).

Alkaliniteyi etkileyen ana faktörler şu şekilde özetlenebilir:

• Kaya ve toprak jeolojisi: Kireçtaşı gibi karbonat mineral bakımından zengin topraklar ve kayalar alkaliniteyi artırır. Granit gibi düşük çözünürlüklü kayalar ise alkaliniteye daha az katkıda bulunur.
• Asit yağmuru: Asit yağmuru sudaki alkaliniteyi azaltabilir ve bu da pH değerinin düşmesine neden olur.
• Fotosentez: Fotosentez sırasında sudaki karbondioksit kullanımı alkaliniteyi artırır.
• Bakteriyel aktivite: Bazı bakteri türleri, karbonatların oluşumuna katkıda bulunarak veya asit üreterek alkaliniteyi hem artırabilir hem de azaltabilir.
• Gübreler, deterjanlar ve diğer insan kaynaklı kirleticiler: Bunlar suya girdiklerinde alkaliniteyi etkileyebilirler. Örneğin, azot ve fosfor bakımından zengin gübreler ötrofikasyona (aşırı alg üretimi) yol açabilir. Bu süreçte algler karbondioksiti tüketerek alkalinitede bir artışa ve buna bağlı olarak pH’da bir yükselmeye yol açabilir.

Sonuç olarak, bir su kütlesindeki alkaliniteyi belirleyen çeşitli doğal ve insan kaynaklı faktörler vardır. Bu faktörleri anlamak, su kalitesi yönetiminde ve sağlıklı su ekosistemlerini korumak için önemlidir.

Alkalinitenin Ölçümü

ABD Jeolojik Araştırmalar Merkezi’nin (USGS) alkaliniteyi ölçmek için kullandığı yaygın bir yöntem, bir su örneği alıp, suyun pH’ını kontrol ederken ona asit eklemektir. İlk olarak suyun pH değeri okunur. Ardından az miktarda asit artışlarla eklenir, su karıştırılır ve pH tekrar ölçülür. Bu birçok kez tekrarlanır. Başlangıçta, eklenen asit, sudaki bikarbonatlar gibi bileşikler tarafından nötralize edilecektir. Daha fazla asit eklendikçe, bikarbonatlar asit tarafından nötralize edildiği için “tükenir”. Sonunda, asidi nötralize eden tüm bileşikler tükenir. Bu noktadan sonra suya eklenen herhangi bir asit pH’ı doğrusal bir şekilde düşürür ve bilim insanı, suya eklenen asit miktarının ve ortaya çıkan pH’ın bir çizgi grafiğini inceleyerek bu dönüm noktasını görebilir. pH değişim çizgisinin doğrusal hale geldiği nokta suyun alkalinitesini belirlemek için kullanılır.

Bu resimde, bir USGS bilimcisi, bir su örneğinin alkalinitesini belirlemek için bir alkalinite titrasyonu gerçekleştiriyor. Arka plandaki pH ölçere dikkat edin (şu anda 5.477 okuyor). Behere giren daha büyük gri tüp, pH probundur. Sağ taraftaki siyah cihaz, beyaz tüpten geçen ve su dolu beherin sağ tarafına giren sabit miktarda asit iter. Alttaki siyah kutunun içinde dönen bir mıknatıs vardır, bu da beherin dibine yerleştirilmiş küçük bir mıknatısı döndürerek su örneğinin karıştırılmasını sağlar.

Alkalinite ölçümünün önemi

Alkalinite ölçümü, aşağıdakileri içeren çeşitli nedenlerle kritik bir su kalitesi parametresidir:

• pH kararlılığının belirlenmesi: Yüksek alkaliniteli su, asitlerin etkisini etkisizleştirme ve pH’ı sabit tutma konusunda daha iyi bir kapasiteye sahiptir. Bu, su ekosistemlerinin sağlığı için gereklidir.
• Toksik metal biyoyararlanımının izlenmesi: Alkalinite, alüminyum gibi toksik metallerin çözünürlüğünü etkiler. Düşük alkalinite değerleri, bu metallerin çözünmüş hale gelmesine ve suda yaşayan organizmalar için daha zararlı hale gelmesine neden olabilir.
• Su arıtma verimliliğinin değerlendirilmesi: Bazı su arıtma yöntemleri alkaliniteyi azaltmak için tasarlanmıştır. Alkaliniteyi izlemek, bu işlemlerin etkinliğini değerlendirmeye yardımcı olur.

Çevre bilimi, su kalitesi yönetimi ve su arıtma uygulamalarında alkalinitenin anlaşılması ve ölçülmesi çok önemlidir.

ABD Yüzey Sularında Alkalinite Haritası

ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından yapılan bu harita, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki yüzey suları için alkalinite değerlerini göstermektedir. EPA’ya göre, bu harita, bitişik Amerika Birleşik Devletleri’nde yüzey suyu alkalinitesinin ulusal modellerinin genel bir örneğini sunuyor. Alkalinite, yüzey sularının asit nötralize etme kapasitesinin en kolay bulunan ölçüsüdür ve göllerin ve akarsuların asidik yağışa karşı göreceli potansiyel hassasiyetinin makul bir tahminini sağlar. Bir su kütlesinin gerçek hassasiyeti, birçok havza özelliğine ve sürecine bağlı olsa da, haritadaki düşük alkaliniteli alanlar, hassas yüzey sularının en çok bulunabileceği yerleri göstermektedir.

Haritanın Detayları

• Veri Kaynakları: Harita, yaklaşık 39.000 göl ve akarsu bölgesinden elde edilen alkalinite verilerine ve veri değerlerinin arazi kullanımı, fizyografi, jeoloji ve topraklar gibi faktörlerle ilişkilendirilmesine dayanmaktadır. Çeşitli kaynaklardan federal ve eyalet kurumları, üniversite araştırmacıları ve özel şirketler dahil olmak üzere veriler elde edilmiştir.
• Harita Özellikleri: Belirli bir alkalinite aralığıyla temsil edilen birçok alanda, su kalitesi verilerinde daha da geniş bir aralık gözlemlenmiştir. Haritadaki gölgelendirme, bölgedeki yüzey sularının çoğunun ortalama yıllık değerlerinin düştüğü alkalinite aralığını gösterir.

Haritanın Önemi

Bu harita aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için kullanılır:

• Hassas su kütlelerinin tanımlanması: Düşük alkalinite değerleri olan bölgeler, asit yağışı gibi asit kaynaklarına karşı en savunmasız olabilecekleri yüzey sularının yerini belirtir.
• Ekosistem sağlığının değerlendirilmesi: Suyun alkalinite seviyeleri, su canlılarının sağlığını ve refahını etkiler. Bu harita, hassas su ekosistemlerine sahip bölgeleri belirlemeye yardımcı olur.
• Restorasyon ve korunma çalışmaları: Bu harita, su kalitesini iyileştirmeye ve hassas su kütlelerini korumaya yönelik restorasyon çalışmalarını yönlendirmek için kullanılabilir.