pH

pH utgör ett mått på vattnets surhet, vilken är av stor betydelse för andra ämnens förekomstformer och löslighet. pH anger halten (egentligen aktiviteten) av vätejoner (H⁺) i vattnet enligt en logaritmisk skala. Vatten med lågt pH-värde kallas sura, medan vatten med pH-värde kring 7 kallas neutrala. Vatten med högre pH-värden är basiska. Vattnets pH-värde är starkt sammankopplat med dess alkalinitet, se detta avsnitt.

Läs mer i avsnitt Alkalinitet

Under framför allt senare halvan av 1900-talet har hela Sverige utsatts för nedfall av försurande svavel- och kväveföreningar [1]–[6]. Depositionen har varit störst i sydvästra Sverige. Spåren av dessa försurande ämnen återfinns i form av sulfat och nitrat med tillhörande vätejoner i mark och vatten.

En stor del av tillskottet av sura ämnen har neutraliserats genom att sulfat har fastlagts i marken och genom jonbyte där vätejoner har ersatt baskatjoner, främst kalcium och magnesium, på markpartiklarna. Marken har genom dessa processer försurats medan grundvattnet ofta har skonats från pH-sänkningar. Förhöjda halter av baskatjoner i grundvattnet har emellertid visat att den ovanliggande marken har genomgått en försurningsprocess.

Markens kapacitet att genom dessa processer neutralisera syra är begränsad, och för att i ett långt tidsperspektiv bedöma markens och grundvattnets känslighet för försurningspåverkan bör enbart neutralisation genom vittring räknas med. Vittring producerar vätekarbonatjoner (HCO₃^–) och baskatjoner. Vätekarbonatjoner utgör huvuddelen av det som brukar kallas vattnets buffringsförmåga eller alkalinitet. Vid buffring neutraliseras de vätejoner som finns i vattnet och alkaliniteten förbrukas. Motståndskraften mot försurning bestäms alltså till stor del av hur lättvittrade mineralen i berggrund och jordarter är.

I områden där marken inte längre erbjuder något försurningsskydd tas vattnets alkalinitetsbuffert i anspråk. Alkaliniteten minskar i grundvattnet till en nivå där också pH-värdet börjar sjunka. Vid låga pH-värden fungerar upplösning av aluminiummineral som buffert mot ytterligare pH-sänkningar i grundvattnet. Förekomst av organiska syror stabiliserar också vattnet vid låga pH-värden. Surt grundvatten kan förutom aluminium även frigöra tungmetaller till grundvattnet, och ökar också korrosionen i ledningsnät med åtföljande ökning av metallhalter i dricksvattnet. En mer utförlig beskrivning av försurnings- och neutralisationsprocesser finns i äldre Bedömningsgrunder för grundvatten [7], [8].

Kartorna visar en generaliserad bild av grundvattenkvaliteten. I stora delar av Sverige är det ont om data, vilket ger större osäkerheter i kartbilden. Detta markeras på kartan med svagare färg. Områden som ligger inom tre kilometer från närmaste provtagningspunkt är markerade med starkare färg.

Läs mer på sidan Vad visar kartorna?

Bakgrundshalter

Det är svårt att fastställa vilka nivåer på pH och alkalinitet som är naturliga och som skulle ha rått om inte den kraftiga försurningen under 1900-talet hade ägt rum. Vid nedbrytning av organisk substans bildas koldioxid. Koldioxid och vatten bildar kolsyra och denna naturliga produktion av kolsyra har resulterat i en långsam försurning av marken sedan istiden. Till detta kommer utlakning av baskatjoner från markens övre delar, påverkan av svavelutsläpp från vulkaner med mera. I markvattnet är pH-värdet vanligtvis också mycket lågt på grund av organiska syror. När vattnet perkolerar ner till grundvattnet höjs pH-värdet successivt genom att de organiska syrorna bryts ner eller fastläggs, genom jonbytesprocesser där vätejoner byts mot baskatjoner på markpartiklarna och genom vittring som producerar alkalinitet. Processerna fortsätter i grundvattenzonen. Grundvattnets pH och alkalinitet ökar därmed med tiden och djupet i grundvattnet.

Motståndskraften mot försurning är naturligt hög i områden med kalk i jordlager eller berggrund det vill säga främst regionerna A, D, F och H.

Läs mer i avsnitt Indelning i regioner

I jordlager och berggrund finns emellertid även svavelhaltiga mineral, främst sulfider, som kan oxideras och i vissa grundvatten ge kraftiga pH-sänkningar samtidigt som sulfathalten ökar.

Påverkanskällor

Utsläppen av svaveldioxid har minskat kraftigt i Europa, och i Sverige är depositionen nere på bråkdelar av nivåerna på 1970-talet när de var som högst. En stor del av den surhet som byggts upp och sulfat som ackumulerats finns dock fortfarande kvar i marken. I nästan alla stationer för SGU:s grundvattenövervakning ses tecken på en återhämtning i form av minskande sulfathalter, och ökande alkalinitet, däremot är utvecklingen för pH mer osäker [9].

I en växande skog försuras marken genom att baskatjoner tas upp av träden, samtidigt som vätejoner avges. Försurningen äger rum under hela trädets tillväxt och ackumuleras därmed under lång tid. Vid avverkning avlägsnas baskatjoner, särskilt mycket om även grenar och toppar tas ut, vilket innebär en kvarvarande försurning. Skogens försurningspåverkan har ökat genom att skogstillväxten har ökat sedan 1950-talet. I dag är försurningsbidraget från deposition respektive från skogsbruk ungefär lika stort [10], [11].

Mark och grundvatten kan också försuras genom kvävetillförsel, om kvävet inte tas upp fullständigt av vegetationen. Utvecklingen av minskningen av nedfall av kväve har inte varit lika god som för svavel, men den tidigare ökande trenden har förbytts mot en sjunkande trend som planat ut sedan 1995. I södra Sverige kan fortsatt deposition av kväveoxider och ammonium orsaka mer omfattande kvävemättnad i skogsmark, vilket även kan medföra kraftig försurning och höga halter av nitrat i grundvattnet exempelvis efter stormfällning eller avverkning [12]. Tillförsel av kväve (framför allt i form av ammonium) vid skogsgödsling kan ge påtaglig lokal försurningspåverkan i grundvattnet om ammonium omvandlas till nitrat, en process som även frigör vätejoner. Detta är en försurande process som snabbt kan påverka grundvattnet. Vid kvävegödsling av skogsmark med ammoniumnitrat tillsätts kalk för att minska försurningseffekten i marken. Neutraliseringen genom tillsatsen av kalk är relativt långsam och kommer framför allt markens övre delar till godo. Intensifieringen av skogsbruket med helträdsutnyttjande bedöms dock generellt innebära en större risk för försurningspåverkan än kvävegödsling.

Även i jordbruksmark sker en försurning som till stor del beror på grödornas upptag och bortförsel av växtnäringsämnen, nitrifikation med utlakning av nitrat och användning av surgörande kvävegödselmedel. Försurningen av jordbruksmark kompenseras genom kalkning [13], [14].

Lokalt kan oxidation av sulfider producera sulfat- och vätejoner vilket ger extremt sura vatten. Oxidation av sulfider i organiska jordarter och i rester från gruvbrytning äger rum när de utsätts för syre. Dränering av sulfidhaltig mark kan således ge sura vatten med hög sulfathalt. Detta gäller i synnerhet så kallade svartmockor [15], [16]. I områden där sulfidmalmer har brutits kan varphögar och anrikningssand ge upphov till extremt sura vatten med höga sulfat- och metallhalter [17]. Liknande påverkan har kunnat ses i krossat berg med sulfider exempelvis från tunneldrivning (entreprenadberg). Även avsänkning av grundvattenytan i områden med tunna jordtäcken med inslag av myrmarker kan ge ett surare vatten. Detta gäller även uttag av vatten ur berggrunden där dessutom uttagen ger en ökad grundvattenbildning till berggrunden, vilket medför kortare uppehållstider och därigenom kortare tider för att vittringsprocesser ska kunna neutralisera det sura vattnet. Om grundvattenuttaget upphör återgår grundvattnets kemiska sammansättning så småningom till den ursprungliga [18].

Bedömning av tillstånd

pH-mätningar i grundvatten är förknippade med mycket stor osäkerhet. Det gäller framför allt om mätningen inte är utförd direkt i fält. Kolsyra i grundvattnet kan avgå i form av koldioxid så fort som vattnet kommer upp i luften, samtidigt som pH-värdet stiger. Om metaller, exempelvis järn, finns löst i vattnet, kan oxidation och utfällning av dessa medföra att pH-värdet sjunker. Det är ofta bättre att använda alkaliniteten för att bedöma ett grundvattens tillstånd avseende försurning.

Läs mer i avsnitt Alkalinitet

Grundvattnets tillstånd med avseende på surhetsgrad (pH) indelas i 5 klasser. Observera att pH-värden som inte har mätts direkt i fält ofta är högre än det faktiska pH-värdet i grundvattenmagasinet, eftersom koldioxid kan avgå vid provtagningen. I vatten med hög metallhalt kan emellertid pH-värdet sjunka om lösta metaller fälls ut i samband med provtagningen.

Grundvattnets pH-värde – indelning efter provtagningsplats och fördelning i procent

Resultatet baseras på data i SGU:s databaser 2023. Observera att en stor del av pH-mätningarna inte utförts direkt i fält utan på laboratorium, vilket har påverkat resultatet.

Halter i dricksvatten

I Livsmedelsverkets föreskrifter om dricksvatten (LIVSFS 2022:12) anges för allmän vattenförsörjning att pH-värdet är en indikatorparameter och att värdet bör vara mellan 6,5 och 9,5 vid allmän vattenförsörjning. Livsmedelsverket anger för enskild vattenförsörjning att pH-värden under 6,5 innebär att vattnet är tjänligt med anmärkning.

Många grundvatten i Sverige uppnår inte dessa krav. Den naturligt bildade kolsyran i vattnet ger ett lågt pH i grunda brunnar i områden med svårvittrade jord- och bergarter. För att undvika omfattande ledningskorrosion och förhöjda metallhalter bör pH-värdet i vattnet vara högre än 6,0 och helst över 6,5, vilket innebär att alkaliniteten åtminstone bör vara över 30 mg/l (0,5 mekv/l). Höga pH-värden förekommer främst i bergborrade brunnar.

Höga pH-värden kan ge problem med utfällningar och smak samt försämra kemisk desinfektion. Värden över det hälsomässiga gränsvärdet pH 10,5, som kan ge akuta skador på ögon och slemhinnor, orsakas dock vanligtvis av överdosering av alkaliskt medel i filteranordningar eller kontakt med betong. Vatten med så högt pH-värde bör inte användas som dricksvatten. Ett avsaltat vatten har generellt mycket lågt pH och låg alkalinitet och efterbehandlas därför så att pH höjs. En sådan anläggning måste kontrolleras så att pH varken är för lågt eller för högt [19], [20].

Påverkan på ytvatten

Försurat grundvatten har bidragit och bidrar i viss mån fortfarande till försurningen av ytvatten. Under slutet av 1900-talet fick utflödet av ett surt grundvatten, med höga halter av aluminium, katastrofala konsekvenser för fiskar och andra organismer i många vattendrag och sjöar i Sverige. I och med att svaveldepositionen nu har minskat har försurningstillståndet successivt förbättrats även om många vattendrag, särskilt i sydvästra Sverige, fortfarande är försurade. Återhämtningen i sjöar och vattendrag indikerar att vattenkvaliteten i det ytligaste grundvattnet, som framför allt bidrar till vattnet i sjöar och vattendrag, också har förbättrats. Det är sannolikt att grundvattnet även under de kommande decennierna kommer att bidra till att fördröja en fullständig återhämtning i ytvattendrag. Skälen till detta är grundvattnets långa omsättningstider och att försurningstillståndet i skogsmark är ganska oförändrat, vilket innebär att återhämtningen för grundvattnet i inströmningsområden fördröjs.

Tillfälliga försurningsepisoder, så kallade surstötar, som tidigare haft särskilt stor negativ betydelse för djurlivet i mindre vattendrag har dock minskat. Sådana försurningsepisoder inträffar vanligtvis under situationer på våren med höga flöden, när surt smältvatten direkt kan påverka vattendraget samtidigt som höga grundvattennivåer ger en stor uttransport av ytligt, surt grundvatten. Försurningsepisoder kan också uppstå efter torrperioder då sulfider och organiskt svavel oxideras till sulfat i våtmarker och bäcknära sediment. Vid kraftiga, västliga stormar kan deposition av havssalt i en sur mark ge upphov till försurningsepisoder genom jonbyte, men detta är mer sällsynt [21], [22]. De kortvariga förloppen i en försurningsepisod indikerar att de framför allt är beroende av mark- och grundvattenförhållandena nära vattendraget.