Wasser funktioniert. Es zermürbt physisch hoch aufragende Berge zu stumpfigen Hügeln durch Erosion. Die Bewegung des Wassers sorgt für einen konstanten Fluss, der die riesigen Netzwerke von Seen, Flüssen und Grundwasser speist, von denen wir abhängig sind. Aber Wasser kontrolliert viele andere Aspekte unseres Lebens, die wir nicht sehen können, insbesondere die Chemie unserer Umwelt. Eine der unbesungenen chemischen Wirkungen von Wasser ist der Prozess des Auslaugens. Obwohl sein Name Gedanken an Blutegel und andere Krabbeltiere hervorrufen könnte, ist es etwas ganz anderes. Also, was ist Auslaugung?
Bild 1. Wasser, das durch die kritische Zone auslaugt. Regen fällt auf einen Querschnitt eines Baumes auf einem Bodenprofil. Regen fällt auf Vegetation, Pools auf dem Boden, und laugt in und durch das Bodenprofil.
Das Auslaugen ist nicht mit der Verwendung von Blutegeln als Arzneimittel zu verwechseln. Es wird angenommen, dass das Wort „Auslaugen“ entweder vom spätmittelenglischen „Leche“ oder vom altenglischen „leccan“ abgeleitet wurde, was bedeutet, zu befeuchten und ein Auslaufen zuzulassen. Gegenwärtig beschreibt das Auslaugen in erster Linie den Prozess des Transports wasserlöslicher Substanzen oder kleiner Partikel durch Boden oder Gestein. Obwohl dieser Prozess trivial erscheint, ist das Auslaugen einer der Schlüsselprozesse der kritischen Zone und steuert die Geschwindigkeit und Richtung, in die sich Verbindungen bewegen.Auslaugung ist eigentlich zwei wichtige Aktionen gleichzeitig auftreten: (1) chemische Wechselwirkungen mit Oberflächen und (2) physikalische Bewegung von Wasser. Wenn das Wasser durch das Gestein und den Boden fließt, interagiert es mit den Oberflächen der Materialien. Verbindungen auf der Oberfläche von Mineralien können gelöst werden. Darüber hinaus kann die physikalische Bewegung von Wasser Partikel verdrängen und bewegen. Durch das Auslaugen können chemische Verbindungen wie gelöste Substanzen oder größere Materialien wie zersetzende Pflanzenmaterialien, feine Gesteinsfragmente und Mikroben durch die kritische Zone transportiert werden.
In landwirtschaftlichen Ökosystemen ist die Auslaugung ein wichtiges Gleichgewicht zwischen der Verhinderung der Salzansammlung und der Entfernung von Nährstoffen aus dem Boden. In trockenen Böden semiarider Regionen können sich Salze in den oberen Horizonten des Bodens ansammeln. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinigten Staaten schätzt, dass 45 Millionen Hektar der 230 Millionen Hektar bewässerten Anbauflächen von Salz betroffen sind. Diese Böden leiden unter der Ansammlung von Salzen aufgrund begrenzter Auswaschung. Ohne ausreichende Wassermengen zum Auslaugen dieser Salze (bekannt als Auslaugungsfraktion) aus den oberen Bodenhorizonten kann das Wachstum der Pflanzen leicht bis stark beeinträchtigt werden. Die Auswirkungen hängen von der Salztoleranz der Pflanze und der Art der Salze ab, die sich im Boden ansammeln.Andererseits kann eine übermäßige Auswaschung Nährstoffe aus dem Boden spülen, insbesondere Nitrat und Phosphat. Laut den Spezialisten für Nährstoffmanagement an der University of Minnesota kann übermäßiges Auslaugen von Nitrat das Grundwasser und die Seen durch die Fliesenentwässerung beeinträchtigen. Die Bewegung von Nitrat und anderen Verbindungen in landwirtschaftlichen Drainagen ist eine wichtige Frage, die am intensiv bewirtschafteten Landschaften (IML) CZO untersucht wird. Das Verständnis von Wasser in der Landwirtschaft oder ‚Hydrokomplexität‘ ist Teil der ‚Blauen Revolution‘, wie Dr. Praveen Kumar (Kumar, 2015).
Auslaugung kann auch verwitterte Gesteine und sogar Grundgestein beeinflussen. Wasser ist in der Lage, in kleine Räume zwischen den Mineralkörnern und in winzige Brüche im Gestein zu passen. Wenn sich zusätzliches Wasser in das Gestein bewegt, kann es auf zwei Arten zum Auslaugen von Elementen aus Gesteinen führen: Auflösung und Oxidation. Die Bewegung von Wasser unter der Oberfläche kann zur Auflösung von Sedimentgesteinen führen, insbesondere von Kalziumkarbonatgesteinen wie Kalkstein. Dies kann zu Gefahren wie Dolinen und Erosion führen.
Wenn sich Wasser in Gesteine bewegt, trägt es normalerweise Sauerstoff mit sich. Die Einführung von Sauerstoff in Gesteine, die unter sauerstoffarmen Bedingungen gebildet werden, bewirkt eine kaskadierende chemische Reaktion, die es ermöglicht, dass einmal immobile Metalle schnell mobilisiert werden. Diese durch Laugung verursachte Oxidation ist einer der Haupttreiber der sauren Minenentwässerung! Sobald das Auslaugen von Eisen und anderen zuvor nicht oxidierten Metallen beginnt, ist es schwierig, die resultierende Säureminenentwässerung umzukehren (Lesen Sie diesen Artikel über Säureminenentwässerung von der BBC ).
Die Auslaugung kann auch hoch über dem Boden, Regolith und Gestein in den Baumkronen auftreten. Wenn Niederschlag auf den Blättern landet, interagiert das Wasser mit der Blattoberfläche und kann gelöste Ionen aus dem Blatt ansammeln. Dieser Prozess der schnellen Entfernung gelöster Ionen aus Blättern wird allgemein als Blattlaugung bezeichnet. In einer Studie von Van Stan et al. (2012) an gemäßigten Laubbäumen im Christina River Basin wurden durch Niederschläge Kalium, Kalzium und Magnesium signifikant aus den Blättern ausgelaugt. Die Autoren stellten jedoch fest, dass dies von der Jahreszeit und der Intensität der Niederschläge abhängt.
Dies sind nur einige Beispiele für Auslaugung und viele mehr existieren!
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Wissenschaft auf!
Justin Richardson
Postdoktorand am Critical Zone Observatory