自政府法规开始限制燃煤发电厂排放的硫和氮氧化物以来，已经过去了四分之一个世纪，酸雨问题开始得到缓解，但美国东北部和加拿大东部的湖泊恢复缓慢。科学家们将这种延迟的恢复与周围土壤中缺乏酸缓冲钙联系起来，尽管污染物排放减少，土壤仍然在酸化。然而，现在一项研究首次表明，从安大略省西部到缅因州的广大地区，土壤酸化已开始逆转（《环境科学与技术》2015，DOI：10.1021/acs.est.5b02904）。研究人员希望森林健康和湖水质量的改善也将随之而来。
酸雨是当燃烧化石燃料排放的二氧化硫和氮氧化物（NOx）与空气中的水滴反应形成硫酸和硝酸时产生的。最初，生态系统可以承受酸雨和酸雪，因为土壤中天然的缓冲剂（如钙）可以中和酸。但随着时间的推移，酸雨会耗尽钙，酸开始积累，从而降低pH值。“那时你会动员溶解的无机铝，”美国地质调查局的生物地球化学家格雷戈里·B·劳伦斯说。土壤中含有与有机物和矿物质结合的无害形式的铝，但酸会以其剧毒的溶解形式释放金属，流入湖泊并杀死鱼类和浮游生物。
自20世纪90年代以来，美国和加拿大的一系列法规大幅削减了酸性沉降率，导致湖泊中硫酸的急剧下降。然而，pH值和铝水平的改善却出奇地缓慢。越来越多的证据表明，湖泊恢复延迟的原因是附近土壤中持续缺乏钙，一些人称之为“生态系统骨质疏松症”。研究人员发现，尽管酸雨减少，土壤仍在继续酸化。但这些研究依赖于仅延伸到2004年的数据。劳伦斯怀疑，随着时间的推移，一项新的、更全面的研究可能会产生不同的结果。
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为了掌握长期趋势，他和他的团队向东北土壤监测合作组织的同事发出了呼吁，这些同事在8到24年前采集了土壤样本。这些人返回到他们以前的地点，从缅因州沿海到阿迪朗达克山脉，以及从魁北克市附近到安大略省西部的森林中采集了新鲜的土壤样本。这27个地点包括各种森林类型和土壤组。科学家们从土壤的顶部有机层和下面的矿物层中采集了样本。回到实验室后，研究人员使用与原始研究相同的方法重复了土壤中钙、pH值和铝的测试。至关重要的是，这种方法使他们能够将他们的新发现与过去几年的发现进行比较。
利用统计检验，研究人员确定了每个地点的水平是否发生了变化或保持不变。“我惊讶地看到大多数地点的一些变量出现了积极的变化，”劳伦斯说。最大的差异来自土壤顶部有机层中的铝，14个地点的浓度平均下降了40%。在有机层和矿物层中，大多数地点的pH值都有所提高。没有一个地点的有机层中钙浓度下降，少数地点显示有所增加。“这些结果表明土壤钙耗损的稳定或可能逆转，”他说。有机层中的钙来自底层矿物质的风化，因此随着硫酸沉降的减少，也许已经过去了足够的时间来补充钙的供应，他说。
“这是最早的研究之一，表明土壤开始对二氧化硫和氮氧化物排放的下降做出积极反应，”雪城大学的环境地球化学家克里斯·E·约翰逊说。这篇论文意义重大，因为这些数据来自分布在广阔地理范围内的众多地点。