Quali sono i valori “normali” del pH dell’acqua?

Il pH dell’acqua pura – cioè che non ha ioni o altre sostanze disciolte in essa – è neutro, ovvero pari a 7, ma si tratta di un caso del tutto particolare. Il pH delle precipitazioni e dei corpi idrici di acqua dolce, invece, varia notevolmente da un Paese all’altro e fra le diverse zone di uno stesso Paese, poiché dipende dai processi naturali e dall’inquinamento antropogenico.

L’acqua di mare ha un pH di circa 8,2, anche se può variare tra 7,5 e 8,5 a seconda della sua salinità locale. I livelli di pH aumentano con la salinità fino a quando l’acqua raggiunge la saturazione di carbonato di calcio (CaCO₃). Gli oceani generalmente hanno una maggiore alcalinità a causa del contenuto di carbonato e quindi hanno una maggiore capacità di tamponare gli ioni di idrogeno liberi.

Molti fattori, sia naturali che artificiali, possono invece influenzare il pH dell’acqua dolce, che può essere misurato facilmente con un misuratore digitale di pH. La maggior parte dei cambiamenti naturali si verificano a causa delle interazioni con le rocce circostanti (in particolare, con quelle carbonatiche) e con altri materiali. Il pH può fluttuare pure con le precipitazioni (specie con le cosiddette “piogge acide”) e con le acque reflue industriali e urbane.

Pure le concentrazioni di CO₂ nell’atmosfera possono influenzare i livelli di pH. Anzi, il biossido di carbonio è la causa più comune di acidità nell’acqua. La fotosintesi, la respirazione e la decomposizione contribuiscono tutte alle fluttuazioni del pH a causa delle loro influenze sui livelli di CO₂. Pertanto, i livelli di pH possono fluttuare ogni giorno ed il grado di fluttuazione dipende dall’alcalinità dell’acqua (v. figura).

Fluttuazioni giornaliere del pH dovute alla fotosintesi ed alla respirazione nell’acqua.

 

Il pH normale di torrenti, fiumi e laghi

Laghi, stagni e corsi d’acqua dolce di solito hanno un pH di 6-8 a seconda del terreno circostante e del substrato. Nei laghi più profondi, dove avviene la stratificazione, il pH dell’acqua è generalmente più elevato (7,5-8,5) vicino alla superficie e inferiore (6,5-7,5) a profondità maggiori.

L’acqua nei corsi d’acqua e nei laghi ha spesso molti fattori che la influenzano, comprese le rocce e il suolo circostanti, l’utilizzo del suolo, le sostanze chimiche dilavate o scaricate in essa, le deiezioni degli animali acquatici e il materiale organico in decomposizione. Tutte queste cose possono rendere l’acqua in fiumi, laghi e torrenti leggermente acida (fino a pH 6,5) o leggermente basica (fino a pH 8,5).

Se ad es. intorno al sito che ci interessa si vedono rocce giallastre e gessose dentro o intorno all’acqua, si tratta di calcare, una roccia basica molto comune in certe zone dove le vecchie case ed i vecchi edifici sono fatti di pietra calcarea. Dato che l’acqua dissolve il calcare, diventa basica. Per questo motivo, non bisogna sorprendersi se l’acqua nei corpi idrici della zona è leggermente basica.

La tossicità dell’ammoniaca è direttamente correlata al pH dell’acqua: la stessa quantità di ammoniaca è molto più tossica se il pH dell’acqua è 8,5, rispetto all’acqua che ha un pH di 6,5. Perciò, se ad es. si stanno facendo misurazioni sul livello di nutrienti di un corpo idrico superficiale, il valore del pH è davvero un numero importante da conoscere, insieme alla temperatura dell’acqua.

L’inquinamento di origine puntiforme è una causa comune che può aumentare o diminuire il pH a seconda delle sostanze chimiche coinvolte. Queste possono provenire da deflusso agricolo, scarico di acque reflue o deflusso industriale e si possono avere infiltrazioni acide nelle acque sotterranee se il terreno circostante è scarsamente tamponato. Lo scarico delle acque reflue che contengono detersivi e prodotti a base di sapone possono rendere una fonte d’acqua eccessivamente basica.

In generale, se il pH – che possiamo misurare facilmente con delle cartine al tornasole o con un pH-metro –rientra nell’intervallo normale per l’acqua di superficie (da 6,5 a 8,5), è tutto ok. Potrebbero esserci altri problemi che interessano l’acqua, ma il pH è nell’intervallo accettabile. Se invece il pH è al di fuori di questo intervallo, c’è quasi sicuramente qualcosa che influisce negativamente sull’acqua.

Si noti che un lieve aumento dei livelli di pH può far sì che un lago oligotrofico (ricco di ossigeno disciolto) diventare eutrofico (privo di ossigeno disciolto). Anche variazioni minori del pH possono avere effetti a lungo termine. Un leggero cambiamento nel pH dell’acqua può aumentare la solubilità del fosforo e di altri nutrienti, rendendoli più accessibili per la crescita delle piante.

In un lago oligotrofico o a basso contenuto di sostanze nutritive e con alti livelli di ossigeno disciolto, ciò può causare una reazione a catena. Con nutrienti più accessibili, le piante acquatiche e le alghe prosperano, aumentando la richiesta di ossigeno disciolto. Ciò crea un lago eutrofico, ricco di nutrienti e di piante, ma con basse concentrazioni di ossigeno disciolto. In un lago eutrofico, altri organismi che vivono nell’acqua saranno stressati, anche se i livelli di pH rimangono nella gamma ottimale.

Le strutture industriali devono prestare molta attenzione al pH dell’acqua che scaricano negli effluenti, che non deve essere troppo acido o basico. Inoltre, l’inquinamento atmosferico dovuto agli impianti industriali ed alle emissioni di macchinari possono provocare delle piogge acide in alcune zone del Paese. Le centrali elettriche ed i veicoli contribuiscono anch’essi alle piogge acide.

Il pH delle piogge normali e di quelle acide

Per quanto riguarda in particolare il pH delle piogge, data la possibile variabilità del pH, se si vogliono avere dei valori di riferimento per il proprio Paese – o per la propria regione – occorre cercare delle mappe o delle tabelle che mostrino i valori del pH misurato dai professionisti nei luoghi più vicini a quelli che ci interessano e che possano dunque fungere da termine di confronto.

Una mappa del pH delle precipitazioni negli Stati Uniti, con isolinee e punti di misura.

In generale, esistono anche mappe del pH con curve di livello realizzate utilizzando le misurazioni del pH effettuate in posizioni di campionamento specifiche, nelle quali le curve di livello sono state create tramite l’interpolazione dei dati relativi ai vari punti. Non dovreste però usare tali mappe per confrontare il pH in posizioni specifiche della mappa, ma solo come indicatore generale.

Le piogge considerate “normali” hanno un pH di circa 5,6 – ovvero leggermente acido – a causa del gas anidride carbonica contenuto nell’atmosfera a livello planetario. Alcune piogge acide si verificano naturalmente, come risultato della decomposizione della vegetazione e dell’attività vulcanica. Tuttavia, una pioggia può essere molto acida, ed in tal caso può influenzare negativamente l’ambiente.

Di solito, ciò accade per il contributo dell’inquinamento dovuto all’attività umana. Ad esempio, anche la semplice combustione di combustibili fossili rilascia gas nocivi nell’aria, come il biossido di zolfo e gli ossidi di azoto. Queste sostanze chimiche si mescolano con il vapore acqueo ed i gas atmosferici, e pioggia, neve e altre forme di precipitazione depositano l’acqua acida nel terreno e nei corsi d’acqua. Qualsiasi forma di precipitazione con un livello di pH inferiore a 5,0 è considerata una pioggia acida.

Variazioni naturali e inquinanti umani possono dunque causare una pioggia più acida. A seconda della regione, della stagione e della presenza di inquinanti, il pH della pioggia può scendere fino a 2,0 (l’acidità dell’aceto). Tanto per fare un confronto, anche l’acqua di drenaggio che esce da una miniera di carbone abbandonata può avere un pH di 2, ovvero può essere 100.000 volte più acida di quella neutra, un valore di acidità che può rendere i fiumi ed i laghi quasi senza vita.

Anche in aree che sono minimamente influenzate dall’inquinamento umano, il pH della pioggia può variare tra 4,5 e 5,0. Le aree vulcaniche attive possono sperimentare piogge più acide a causa dei composti a base di zolfo che vengono rilasciati nell’atmosfera dall’attività vulcanica. Nelle aree non vulcaniche, la precipitazione acida è generalmente causata dall’inquinamento umano.

Le centrali elettriche a carbone, ad esempio, fanno sì che la pioggia diventi acida come il succo di limone in alcune zone. Il pH della pioggia, tuttavia, può  venire abbassato dai  batteri che riducono i solfati nelle zone umide, dal particolato degli incendi trasportato dall’aria e persino dai fulmini e dagli aghi di pino o di abete se vengono a contatto con l’acqua quando si decompongono.

Gli effetti del pH sulle forme viventi

Se il pH è troppo acido o troppo basico, può danneggiare notevolmente la vita acquatica dei corpi idrici superficiali. I livelli di pH ottimali per i pesci e per la maggior parte delle creature acquatiche vanno da 6,5 ​​a 9,0, anche se alcune possono vivere in acqua con livelli di pH al di fuori di questo intervallo.

Gli organismi oceanici come il pesce pagliaccio e il corallo richiedono livelli di pH più elevati. Livelli di pH inferiori a 7,6 causeranno il collasso della barriera corallina per mancanza di carbonato di calcio. Le specie sensibili di acqua dolce come il salmone prediligono livelli di pH compresi tra 7,0 e 8,0, diventando gravemente sofferenti danni fisiologici dovuti a metalli assorbiti a livelli inferiori a 6,0.

Al di fuori dei limiti ottimali, gli organismi possono diventare stressati o morire. In particolare, se il pH dell’acqua è troppo alto o troppo basso, gli organismi acquatici che vivono al suo interno moriranno. Più una specie è sensibile, più è influenzata dai cambiamenti del pH. L’acqua acida sottrae ai pesci e ad altre specie acquatiche il sodio nel sangue e l’ossigeno nei tessuti.

Alcune specie tollerano l’acqua acida meglio di altre. La trota di fiume, ad esempio, tollera l’acqua con un pH basso come 5,0. Anche se l’acidità non uccide il pesce, lo stress aggiuntivo può tuttavia arrestare la crescita e renderlo meno in grado di competere per il cibo. Inoltre, la maggior parte delle uova di pesce non si schiudono con un livello di pH pari o inferiore a 5,0, poiché l’acqua acida le “avvelena”. Alcune rane e altri anfibi possono invece spesso tollerare livelli di pH pari a 4,0.

I livelli di pH ideali per piante e animali acquatici.

Il pH può anche influenzare la solubilità e la tossicità di sostanze chimiche e metalli pesanti nell’acqua. Pertanto, oltre agli effetti biologici diretti, i livelli estremi di pH solitamente aumentano la solubilità di elementi e composti, rendendo le sostanze chimiche tossiche presenti nell’acqua più “mobili” e aumentando il rischio di loro assorbimento per la vita acquatica.

Oltre agli effetti diretti e indiretti sui pesci, l’acqua acida distrugge anche gli ecosistemi, uccidendo gli organismi più in basso nella catena alimentare. Ad esempio, le farfalle sono particolarmente vulnerabili all’acqua acida, perché essa riduce il livello di sodio nel sangue. Di conseguenza, le specie che si nutrono di farfalle dovranno lasciare un’area colpita oppure moriranno di fame.

Il pH delle falde e dell’acqua di casa

Mentre l’intervallo normale per il pH nei sistemi idrici superficiali è compreso tra 6,5 ​​e 8,5, per i sistemi di acque sotterranee esso va da 6 a 8,5. Tuttavia, il pH dell’acqua da solo non fornisce un quadro completo delle caratteristiche o dei limiti di un’acqua di falda o di un approvvigionamento idrico. Ciononostante, si raccomanda vivamente di testare il pH dell’acqua che si beve il prima possibile.

Gli esseri umani hanno una tolleranza più elevata dei pesci per i livelli di pH. In pratica, i livelli bevibili variano da pH 4 a 11 con minima irritazione gastrointestinale. Valori di pH superiori a 11 possono causare irritazioni alla pelle e agli occhi, così come un pH inferiore a 4. Un valore di pH inferiore a 2,4 causerà danni irreversibili alla pelle ed ai rivestimenti degli organi (ma non è particolarmente dannoso allo stomaco, che ha pH inferiore) come ben sa chi beve un acido forte per errore scambiandolo per acqua.

Il pH dell’acqua di rubinetto confrontato con quello misurato sperimentalmente su alcune bevande, che è spesso diverso da quello dichiarato (fonte: nola.com). Misura i valori tu stesso con un misuratore low-cost di pH che puoi trovare qui!

Bassi livelli di pH aumentano il rischio che i metalli tossici mobilizzati possano venire assorbiti, anche dall’uomo, mentre le acque con livelli di pH superiori a 8,0 non possono essere disinfettate efficacemente con il cloro, causando altri rischi indiretti. Inoltre, i livelli di pH al di fuori di 6,5-9,5 possono danneggiare e corrodere tubi e altri sistemi, aumentando ulteriormente la tossicità dei metalli pesanti.

In pratica, un’acqua di casa con un pH basso (minore di 6.5) potrebbe essere acida, “dolce” e corrosiva. Pertanto, l’acqua potrebbe portar via ioni metallici – come ferro, manganese, rame, piombo e zinco – dalla falda acquifera, dagli impianti idraulici e dalle tubature. Pertanto, un’acqua con un pH basso potrebbe contenere livelli elevati di metalli tossici, causare danni prematuri alle tubazioni metalliche, un gusto metallico o aspro, macchiare il bucato e colorare di “blu-verde” lavandini e scarichi.

Il modo principale per trattare il problema dell’acqua con basso pH è l’uso di un neutralizzatore domestico per acqua potabile. Il neutralizzatore alimenta una soluzione nell’acqua per neutralizzarne gli acidi e impedire all’acqua stessa di reagire con l’impianto idraulico della casa o di contribuire alla corrosione elettrolitica; una tipica sostanza chimica neutralizzante è il carbonato di sodio. La neutralizzazione con carbonato di sodio, tuttavia, aumenta il contenuto di sodio dell’acqua.

Un neutralizzatore per proteggere dall’acidità boiler ed altri apparecchi domestici.

Un’acqua di casa con un pH maggiore di 8,5 potrebbe indicare che è “dura”. L’acqua dura non rappresenta un rischio per la salute, ma può causare altri problemi, che includono: formazione di precipitato sulle tubazioni che fanno diminuire le pressioni dell’acqua e il loro diametro interno; sapore alcalino nell’acqua che può ad es. rendere amaro il gusto del caffè; formazione di un deposito su piatti, utensili e lavandini; riduzione dell’efficienza di scaldacqua elettrici e lavastoviglie.

Tipicamente questi problemi si verificano quando la durezza dell’acqua supera i 100-200 milligrammi di carbonato di calcio (CaCO₃) per litro. In tal caso, l’acqua può venire addolcita attraverso un addolcitore che sfrutta il principio dello scambio ionico oppure tramite l’aggiunta di una miscela di soda calcica, tuttavia entrambi questi processi aumentano il contenuto di sodio dell’acqua. Perciò, se l’acqua è dura, addolcitela solo per le aree utilizzate per il lavaggio e la pulizia, non per cucinare e bere.

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Riferimenti bibliografici

• PH level of rain water, https://sciencing.com/ph-level-rain-water-5552228.html
• PH of water, http://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/ph/
• The pH of water, http://www.water-research.net/index.php/ph