人が出した大気汚染物質がなくても、雨水は必ず中性になるわけではありません。空気中の二酸化炭素が水に溶け込むため、弱い酸性になることがあります。一方、環境問題として扱う酸性雨を、二酸化炭素が雨に溶けたことだけで説明するのも不十分です。二酸化硫黄や窒素酸化物などを起源とする酸性物質が関わっています。
最初に分けたいのは、「水溶液が酸性か」という性質の分類と、「通常より強く酸性化した降水をどう捉えるか」という環境の問題です。二つを同じ言葉でまとめると、酸性ならすべて人為的な汚染の証拠だ、という飛躍が起こります。
pH7より小さいことだけで結論を出さない
pHは酸性・アルカリ性の程度を表す指標です。学校でよく扱う条件では、中性を7とし、それより小さい側が酸性、大きい側がアルカリ性になります。数値が小さいほど酸性の度合いが強い方向だと読みます。「酸性が強いから数字も大きい」と逆に覚えないようにしましょう。
空気中の二酸化炭素が十分に溶けた水のpHは、およそ5.6になります。そのため5.6は酸性雨を考えるときの一つの目安として使われます。ただし、自然の降水のpHは、火山や土壌などの影響も受けます。どこの雨でも、人の活動がなければ正確に5.6になる、という決まりではありません。
ここで覚える数値は、何を条件にした目安なのかと一組にしてください。二酸化炭素を含まない純水と、大気に触れた雨水を、どちらも単に「水」と呼んで比較すると、初めから条件がそろわなくなります。採取した後に容器へ何かが混ざった場合にも、測定値の意味は変わります。
気体がそのまま雨粒になるわけではない
環境中では、二酸化硫黄や窒素酸化物などが、反応を経て硫酸や硝酸などの酸性物質に関わります。それらが雨などに取り込まれると、降水の酸性化につながります。排出された気体が、そのまま水滴へ姿を変える説明ではありません。水と、そこへ取り込まれる物質を区別します。
これらの物質は空気の移動で運ばれるため、測定地点の近くだけを見れば原因が決まるとも限りません。「学校で酸性の雨を測ったから、隣の建物が原因だ」とは言えないのです。物質の種類、風などの条件、複数地点の測定といった、別の情報が必要になります。
また、雨に溶け込んで地表へ届く経路だけでなく、気体や粒子の形で届くものも含めて酸性化の影響を考えます。この記事では雨水の比較を中心にしますが、雨の日だけ見れば環境への影響を全部捉えられる、と広げすぎないようにしましょう。
指示薬の色が教えること、教えないこと
雨水へ指示薬を加えて色を観察したとき、酸性の範囲にあることは分かっても、溶けている物質名が一つに決まるわけではありません。酸性を示す水溶液は一種類ではないからです。指示薬の色と物質の名前を直結させないという点は、実験室の水溶液でも雨水でも同じです。
たとえば、透明と無色を区別する記事で、見た目だけから物質名を決めないことを扱っています。雨水が透明でも、何も溶けていないとは限りません。指示薬の色という情報を一つ足しても、化学成分をすべて知ったことにはなりません。
採取容器の汚れや、屋根・地面を流れてから集めた水の混ざり物も考える必要があります。空から降ってきた雨そのものを調べたいのか、地表を流れた後の水を調べたいのかで、採り方が違います。測定の目的を決めてから、採取場所と時刻、方法を記録しましょう。
例題1｜数値の比較と、原因の判断
学習用の仮想記録として、雨水AのpHは4.8、雨水Bは6.0でした。どちらが酸性の度合いが強いでしょう。また、この数値だけで「Aの原因は特定の工場だ」と判断できますか。
答え・解説：酸性の度合いが強いのは、数値の小さいAです。しかし、pHだけでは、原因物質の種類や発生源まで特定できません。二つの雨を同じ条件で測ったのかも確認が必要です。「Aの方が酸性側にある」という比較と、「なぜそうなったのか」という説明を、別々に答えます。
例題2｜雨水を集めた場所が違う
同じ雨の日に、班Xは洗浄した容器で雨を直接集め、班Yは校庭の水たまりから採りました。pHが違ったため、「同じ時刻でも、空から降る雨の性質は場所によって違う」とまとめました。この結論を出す前に、どんな条件をそろえ直しますか。
答え・解説：採取方法をそろえます。水たまりでは、地面にあった物質や以前からの水が混ざる可能性があります。場所の違いを調べたいなら、それぞれの場所で同じように雨を直接集め、容器の洗い方、集める時間帯、測定方法などもそろえます。違いが見えたこと自体は記録に残し、その理由を一つに決めるのを待ちましょう。
名前を知ったあとに、何が証拠かを考える
石灰岩と塩酸の反応では、反応させた相手を確かめてから発生する気体を考えます。酸性雨でも、酸性という性質だけから、溶けている酸や原因となった気体を一つに決めることはできません。「測った値」「そこから分かる性質」「さらに調べる原因」の三段階に分けると、環境の話題を単なる用語暗記で終わらせずに読めます。