L’eau fonctionne. Il use physiquement les montagnes imposantes en collines stumpy par l’érosion. Le mouvement de l’eau fournit un débit constant qui alimente les vastes réseaux de lacs, de rivières et d’eaux souterraines dont nous dépendons. Mais l’eau contrôle de nombreux autres aspects de notre vie que nous ne pouvons pas voir, en particulier la chimie de notre environnement. L’une des actions chimiques méconnues de l’eau est le processus de lixiviation. Bien que son nom puisse susciter des pensées de sangsues et d’autres rampants effrayants, c’est quelque chose de très différent. Alors, qu’est-ce que le lessivage?
Image 1. Lessivage de l’eau à travers la zone critique. La pluie tombe sur une coupe transversale d’un arbre au sommet d’un profil de sol. La pluie tombe sur la végétation, les mares sur le sol et les lessivages dans et à travers le profil du sol.
La lixiviation ne doit pas être confondue avec l’utilisation de sangsues comme médicament. On pense que le mot « lixiviation” est dérivé du moyen anglais tardif « leche” ou du vieil anglais « leccan” signifiant humidifier et permettre les fuites. Actuellement, la lixiviation décrit principalement le processus de transport de substances solubles ou de petites particules par l’eau dans le sol ou la roche. Bien que ce processus semble trivial, la lixiviation est l’un des processus clés de la Zone critique, contrôlant la vitesse et la direction dans lesquelles les composés se déplacent.
La lixiviation est en fait deux actions importantes qui se produisent simultanément: (1) les interactions chimiques avec les surfaces et (2) le mouvement physique de l’eau. Lorsque l’eau traverse la roche et le sol, elle interagit avec les surfaces des matériaux. Les composés à la surface des minéraux peuvent être dissous. De plus, le mouvement physique de l’eau peut déloger et déplacer les particules. La lixiviation peut transporter des composés chimiques tels que des substances dissoutes ou des matériaux plus gros tels que des matières végétales en décomposition, des fragments de roches fines et des microbes dans toute la zone critique.
Dans les écosystèmes agricoles, le lessivage est un équilibre important entre la prévention de l’accumulation de sel et l’élimination des nutriments du sol. Dans les sols secs des régions semi-arides, les sels peuvent s’accumuler dans les horizons supérieurs du sol. L’Organisation des États-Unis pour l’alimentation et l’agriculture a estimé que 45 millions d’hectares des 230 millions d’hectares de terres cultivées irriguées sont affectés par le sel. Ces sols souffrent de l’accumulation de sels due à un lessivage limité. Sans une quantité suffisante d’eau pour lessiver ces sels (appelés fraction de lixiviation) à partir des horizons supérieurs du sol, la croissance des plantes peut être légèrement à gravement affectée. L’impact dépend de la tolérance au sel de la plante et du type de sels qui s’accumulent dans le sol.
D’autre part, une lixiviation excessive peut éliminer les nutriments du sol, en particulier les nitrates et les phosphates. Selon des spécialistes de la gestion des éléments nutritifs de l’Université du Minnesota, un lessivage excessif des nitrates pourrait affecter les eaux souterraines et les lacs du drainage des tuiles. Le mouvement des nitrates et d’autres composés dans les drainages agricoles est une question importante à l’étude au CZO des paysages à gestion intensive (IML). Comprendre l’eau en agriculture ou « Hydrocomplexité » fait partie de la « Révolution bleue », comme l’a décrit le Dr. Praveen Kumar (Kumar, 2015).
La lixiviation peut également affecter les roches altérées et même le substrat rocheux. L’eau est capable de s’insérer dans de petits espaces entre les grains minéraux et à l’intérieur de minuscules fractures dans la roche. Lorsque de l’eau supplémentaire pénètre dans la roche, elle peut provoquer la lixiviation des éléments des roches de deux manières: la dissolution et l’oxydation. Le mouvement souterrain de l’eau peut provoquer la dissolution des roches sédimentaires, en particulier des roches carbonatées de calcium comme le calcaire. Cela peut entraîner des dangers tels que des dolines et de l’érosion.
Lorsque l’eau se déplace dans les roches, elle transporte généralement de l’oxygène avec elle. L’introduction d’oxygène dans les roches formées dans des conditions de faible teneur en oxygène provoque une réaction chimique en cascade permettant à des métaux une fois immobiles de se mobiliser rapidement. Cette oxydation causée par le lessivage est l’un des principaux moteurs du drainage minier acide! Une fois que la lixiviation du fer et d’autres métaux non oxydés commence, il est difficile d’inverser le drainage minier acide résultant (Consultez cet article sur le drainage minier acide de la BBC).
La lixiviation peut également se produire au-dessus du sol, du régolithe et de la roche, dans la cime des arbres. Lorsque la pluie tombe sur les feuilles, l’eau interagit avec la surface de la feuille et peut accumuler des ions dissous à partir de la feuille. Ce processus de pluie éliminant les ions dissous des feuilles est communément appelé lixiviation foliaire. Dans une étude des arbres à feuilles caduques tempérées du bassin de la rivière Christina par Van Stan et al (2012), les précipitations ont considérablement lessivé le potassium, le calcium et le magnésium des feuilles. Cependant, les auteurs ont constaté que cela dépendait de la saison et de l’intensité des précipitations.
Ce ne sont que quelques exemples de lessivage et bien d’autres existent !
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La science en marche!
Justin Richardson
Boursier postdoctoral de l’Observatoire des Zones Critiques