印度尼西亚的一个火山口海拔超过 7,700 英尺（2,350 米），是地球上最大的酸性湖的所在地，其水质类似于电池酸液。在这段摘录中“海洋之外：湖泊、溪流和湿地中隐藏的生命”（约翰霍普金斯大学出版社，2024 年），作者大卫·斯特雷耶研究了地球上一些天然湖泊的极端化学成分以及它们所蕴藏的生命。
我认识一些真正喜欢水化学的人。他们整天思考氧化还原反应、质量平衡、化合价、溶解度指数和螺旋指标，当工作日结束时，他们和朋友出去喝啤酒，谈论氧化还原反应和螺旋指标。 （根据我的经验，水化学爱好者通常也是啤酒鉴赏家，如果您将一杯啤酒视为一种特殊的水溶液，那么这就会以一种奇怪的方式存在。）
当被问及他们最喜欢的化学元素时，这些人会说“哦，哦，我可以要三个吗？”然后说出五个。我猜你不是那些人中的一员。
因此，我不会逐个乏味地详细介绍内陆水域化学成分的巨大变化，而是简单地谈谈内陆水域的 pH 值变化有多大，假设这足以阐明我的观点关于内陆水域的化学多样性，然后继续学习比水化学更喜欢的科目。
您可能还记得高中化学中的 pH 值是衡量物质是酸性还是碱性（或“碱性”）的指标。中性（既不是酸性也不是碱性）材料的pH值为7，酸性材料的pH值小于7（家用醋的pH值约为2.5），碱性材料的pH值大于7（家用氨的pH值）约11.5）。 pH 值是对数的 — pH 值变化 1 个单位代表酸度变化 10 倍（从技术上讲，酸度变化 10 倍）活动氢离子）。因此，pH 值为 2.5 的醋的氢离子活性大约是 pH 值为 11.5 的氨的十亿倍。
对数标度使我们能够方便地表达化学上的巨大差异，但很容易忘记 pH 标度上的微小差异可能意味着化学上的巨大差异，从而产生巨大的后果。
例如，今天海洋的 pH 值约为 8.1，这告诉我们它有点碱性。化石燃料燃烧导致空气中二氧化碳浓度升高，导致海洋 pH 值从工业化前的 8.2 下降了 0.1 个单位，模型显示到 2100 年可能会下降到 7.8。这些听起来很小的变化几乎不值一提。担心。但从8.2变为8.1意味着氢离子增加了26%，从8.2变为7.8意味着增加了150%。
这些变化足以给海洋生物造成严重问题。蛤和珊瑚等用碳酸钙制造外壳的生物发现，如果 pH 值仅下降零点几个点，它们的外壳就会变得越来越难以建造和维护。海洋科学家现在正忙于了解并找到预防或管理这些变化的方法，以免我们因 pH 值下降 0.3 或 0.4 个单位而失去海洋生态系统的重要部分。
内陆水域的 pH 值范围远远大于海洋中非常重要的零点几个点。这使内陆水域生物（和化学过程）暴露于各种各样的化学条件下。大多数内陆水域的 pH 值在 4 到 9 之间。同样，这个范围听起来可能不大，但它代表了氢离子活性的 100,000 倍范围。甚至在如此广阔的范围之外也有水域。
酸性最强的天然内陆水域是位于火山口的湖泊，例如印度尼西亚的卡瓦伊真火山。这些湖泊富含硫酸，pH 值可能低至 0.1。结合上下文来看，新鲜电池酸的 pH 值约为 0.7。电池酸的标签（记得大约是湖水的四分之一）警告说，它会导致严重的皮肤烧伤和眼睛损伤，并建议消费者使用个人防护装备，如果被吞下，请立即致电毒物控制中心，并在经批准的废物处理厂进行处置。您可能非常有信心猜测这个湖里没有任何生物。
但当科学家对卡瓦伊真火山（Kawah Ijen）（一项需要特殊装备的任务；正如你想象的那样，许多像铝船这样的常规装备会溶解在湖水中）时，他们发现了一种绿藻和三种生活在湖中的古细菌。
显然，湖里没有动物居住。然而，出口水流中的酸性水在向下游流动时逐渐被中和，研究人员发现，当出口水流的 pH 值达到约 2.5 时，称为摇蚊的蝇幼虫生活在溪流中（像醋，还记得吗？）。
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更值得注意的是，这些物种不仅能在高酸性水域中生存，而且其中一些甚至更喜欢这些恶劣的条件。生活在火山水中的一种古生菌可以耐受 pH 值低于 0pH值0.7时生长最佳。也就是说，电池酸是其理想的 pH 值，而醋和柠檬汁对其味道来说太温和了。 （如果您想知道非天然水的 pH 值可以低至-3.6，是的，那就是减3.6，已在加利福尼亚州一些被采矿废物污染的地下水中记录到。对于科学家来说，弄清楚如何测量如此低的 pH 值也是一个重大技术问题。）
另一方面，碱湖的 pH 值通常为 9.5 至 11.5。碱湖通常发生在非常干燥的地区，任何流入湖中的水都会通过蒸发而不是通过出口流离开。这使得溶解在水中的矿物质达到非常高的浓度。根据周围的地质情况，此类湖泊可能会发展成充满氯化钠（普通食盐）的盐湖（如犹他州的大盐湖）或含有大量碳酸钠（洗涤苏打）和其他矿物质的碱湖这使得湖泊具有如此高的pH值和碱度。
碱湖和湖泊完全干涸时形成的盐滩最近成为新闻，因为一些碱湖和盐滩是锂的主要来源，锂是制造电动汽车电池所需的，并且还有其他用途。碱性湖泊也出现在旧西部片中——两天前缺水的干渴旅行者遇到了一个沙漠水池，队伍中的新手跳进微咸的水中，大口吞下它。然后他跌跌撞撞地离开水边，呕吐，之后乐队领队简洁地说：“水很糟糕。”
同样，您可能会认为如此劣质的水无法维持生命。与腐蚀性酸性火山湖的情况一样，除了微生物之外，很少有物种能够忍受碱湖中的恶劣条件，但这些少数物种却可以产生巨大的生产力。事实上，就每年生长的生物量而言，碱湖可能是内陆水域生产力最高的湖泊之一。
因此，与非常接近 8.1 的海洋 pH 值相比，内陆水域的 pH 值范围约为 0.1 至 11.5，代表氢离子活性的 2500 亿倍范围。生命在这个巨大的范围内存在甚至繁衍生息。这种巨大的 pH 范围对于进化产生生态和生理学适应其某些特定部分的物种既是一个挑战，也是一个机会：强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水和强酸性水的不同物种。碱性水。
摘自《海洋之外：湖泊、溪流和湿地中隐藏的生命》 作者：大卫·斯特雷耶。版权所有 2024。经约翰霍普金斯大学出版社许可出版。
