De områden som har kalksten, antingen i berget eller i jordarterna, skiljer sig åt från de områden som bara har granit eller gnejs, de vanligaste bergarterna i Sverige.
Skillnaden kommer sig av att pH-värdet, alltså surheten i marken eller vattnet, påverkas av kalksten. Kalksten består mest av kalciumkarbonat, CaCO3.
Kalciumjonen (Ca2+) kan vi bortse ifrån och istället koncentrera oss på karbonatjonen (CO32-). När koldioxid (CO2) reagerar med vatten bildas kolsyra (H2CO3).
Kolsyran kan släppa ifrån sig en vätejon till vatten som då omvandlas till en oxoniumjon (H3O+). Ju mer oxoniumjoner det finns i vattnet desto surare är det.
Vätekarbonatjonen som också bildas kan reagera med en vattenmolekyl till och släppa ifrån sig en vätejon till och resultatet blir en karbonatjon och ytterligare en oxoniumjon.
Karbonatsystemet
Vid låga pH-värden finns det gott om vätejoner (H+) och karbonatjonen har då förenats med två vätejoner till kolsyra (H2CO3). När pH-värdet stiger minskar mängden H+ i vattnet och karbonatjonen avger sina H+ efterhand som pH-värdet stiger. Vid höga pH-värden är det så ont om vätejoner i vattnet att nästan alla karbonatjoner är "befriade" från sina H+.
Kolsyra bildas i vatten vilket gör att inte ens rent vatten i naturen är neutralt utan svagt surt. Kolsyran är dock inte ansvarig för de försurningsproblem vi har utan de är istället orsakade av svavelsyra och salpetersyra. Kolsyra är en svag syra vilket innebär att den släpper ifrån sig vätejoner beroende på vilket pH-värde som finns i lösningen.
Vid pH-värden under 6 har nästan alla karbonatjoner också två vätejoner bundna till sig och är alltså kolsyra. Vid högre pH-värden minskar gradvis vätejonförekomsten i vätskan och det blir också allt färre vätejoner bundna till karbonatjonerna.
Kalksten är den sedimentära bergart som spelat störst ekonomisk roll. Den används som råvara till kalkbruk, byggnadssten och jordförbättringsmedel. Här ses Dala stenbrott i Västergötland.
Kalkning av en sur sjö
Innan sjön blev försurad på 1960-talet var pH-värdet ca 6,5. På grund av luftföroreningar sjönk pH-värdet då ned till 4. All fisk är borta och planktonarterna är annorlunda nu jämfört med tidigare. Siktdjupet ökar i försurade sjöar och vattnet är extremt klart eftersom det nu är ganska lite plankton i vattnet. Bottnen täcks nu av vitmossa som klarar av att växa på bottnen. För att få tillbaka fisken och de naturvärden som en "frisk" sjö har beslöt man sig för att kalka sjö. Kalkning innebär att mald eller krossad kalksten sprids på sjön och omgivande mark. Kalk betår till största delen av kalciumkarbonat, CaCO3. Kalciumkarbonat består av två joner, en kalciumjon (Ca2+) och en karbonatjon (CO32-). Kalciumjonen (Ca2+) påverkar inte pH-värdet men är ett viktigt mineralämne.
Härsvattnet
Försurade sjöar förekommer över hela landet men är allra vanligast i sydvästra Sverige. Ofta är sjöarna skogssjöar som omges av barrskog. Härsvattnet norr om Kungälv är en referenssjö som inte kalkas. Den skall vara en "orörd" försurad sjö för att man skall kunna studera hur den förändras naturligt under lång tid. I början av 1990-talet låg pH-värdet på ca 4,5. Sedan dess har pH-värdet sakta stigit och är nu omkring 5. De sjöar som är känsligast för sur nederbörd ser ut ungefär som Härsvattnet. Omgivande marker är barrskog på berggrund eller jordarter som inte innehåller någon kalksten.
Karbonatjonen (CO32-) är den jon som har effekt vid höjningen av pH-värdet. Vad sker då i vattnet när kalken tillsätts?
När kalkstenen (CaCO3) löser sig kommer karbonatjoner och kalciumjoner ut i vattnet. När pH-värdet är 4 finns det gott om vätejoner i vattnet och karbonatjonen tar genast upp två stycken och omvandlas till kolsyra.
Vätejonerna finns inte fritt i vattnet utan ingår i oxoniumjoner, H3O+ (H2O + H+). När karbonaten ter upp vätejoner minskar mängden H3O+ i vattnet. Eftersom pH är ett mått på mängden H3O+ i vattnet kommer pH-värdet att öka när mängden H3O+ minskar