pH, le système CO2 et la science de l'eau douce

L'appréciation du pH en tant qu'indice écologique a considérablement varié au fil de son histoire passée, influencée par les perceptions de rigueur chimique, la facilité ou la difficulté de mesure, et les multiples corrélations chimiques et biologiques. Ces facteurs, et surtout le dernier, sont considérés par rapport à l'étendue variée du pH dans les eaux continentales. L'accent est mis sur le rôle du système CO2, dont les composants sont soumis au métabolisme biologique (photosynthèse, respiration) et sont largement déterminés par les produits des roches (par exemple, calcaire) et des sols. L'alcalinité par titration, ou capacité de neutralisation acide, est une mesure de synthèse et de référence très précieuse. Pour cela, et les variables de CO2, la titration gran potentionométrique ouvre de nouvelles possibilités - y compris la définition de l'alcalinité négative (acidité). La relation entre le pH et l'alcalinité par titration est proche et semi-logarithmique pour les eaux en équilibre avec le CO2 atmosphérique. Un pH très élevé, au-dessus de 10, peut se développer à partir de l'épuisement de CO2 par photosynthèse et par la concentration évaporative des eaux bicarbonatées dans des bassins fermés. Un pH très bas, en dessous de 4,5, résulte de l'introduction d'acides forts par des émissions volcaniques, l'oxydation de la pyrite, les 'pluies acides' et l'échange de cations ; ici, le système CO2 manque d'influence, la diversité biologique est réduite, et l'aluminium ionique exerce souvent des effets biologiques toxiques. Les situations d'excursion de pH sont discutées et illustrées ; elles fonctionnent sur des échelles de temps jour-nuit, saisonnières et à long terme. Une augmentation estivale du pH est répandue dans les eaux productives en surface. Il y a aussi une élévation saisonnière du pH dans les eaux profondes anoxiques de nombreux lacs, en conséquence de l'interaction des systèmes acide-base et d'oxydoréduction. Ceux-ci peuvent être considérés comme deux 'systèmes maîtres' de la chimie environnementale et — datant des études pionnières des sols et des eaux des zones humides — d'une grande partie de l'écologie des eaux douces.