Water werkt. Het slijt fysiek van torenhoge bergen naar stumpy heuvels door erosie. De beweging van water zorgt voor een constante stroom die de enorme netwerken van meren, rivieren en grondwater dat we afhankelijk van voedt. Maar water beheerst veel andere aspecten van ons leven die we niet kunnen zien, met name de chemie van onze omgeving. Een van de onbezongen chemische acties van water is het proces van uitloging. Hoewel de naam gedachten over bloedzuigers en andere griezelige kruipers kan brengen, is het iets heel anders. Dus, wat is uitloging?
Afbeelding 1. Uitspoeling van Water door de kritieke Zone. Regen valt op een dwarsdoorsnede van een boom bovenop een bodemprofiel. Regen valt op vegetatie, poelen op de grond, en uitlogt in en naar beneden door het bodemprofiel.
uitspoeling mag niet worden verward met het gebruik van bloedzuigers als geneesmiddel. Het woord “uitloging” wordt verondersteld te zijn afgeleid van het laat-Midden-Engels “leche” of oud-Engels “leccan” wat betekent om te bevochtigen en lekkage toe te staan. Momenteel, uitspoeling beschrijft voornamelijk het proces van water dragen oplosbare stoffen of kleine deeltjes door de bodem of gesteente. Hoewel dit proces triviaal lijkt, is uitloging een van de belangrijkste processen van de kritische Zone, het regelen van de snelheid en de richting waarin verbindingen bewegen.
uitloging is eigenlijk twee belangrijke acties die gelijktijdig plaatsvinden: (1) chemische interacties met oppervlakken en (2) fysische beweging van water. Als het water door het gesteente en de bodem gaat, interageert het met de oppervlakken van de materialen. Verbindingen op het oppervlak van mineralen kunnen worden opgelost. Bovendien kan de fysieke beweging van water deeltjes losmaken en verplaatsen. Het uitloggen kan chemische samenstellingen zoals opgeloste substanties of Grotere materialen zoals het ontbinden installatiematerialen, fijne rotsfragmenten, en microben door de kritieke Zone vervoeren.
in landbouwecosystemen is uitspoeling een belangrijk evenwicht tussen het voorkomen van zoutophoping en het verwijderen van nutriënten uit de bodem. In droge bodems van semi-aride gebieden kunnen zouten zich ophopen in de bovenste horizonten van de bodem. De Food and Agriculture Organization van de Verenigde Staten schat dat 45 miljoen hectare van de 230 miljoen hectare geïrrigeerde akkers door zout getroffen zijn. Deze bodems lijden aan de accumulatie van zouten als gevolg van beperkte uitspoeling. Zonder de juiste hoeveelheden water om deze zouten (bekend als de uitspoelfractie) uit de bovenste bodemhorizonten uit te spoelen, kan de groei van de planten licht tot ernstig worden beïnvloed. De impact hangt af van de zouttolerantie van de plant en het soort zouten dat zich in de bodem ophoopt.
anderzijds kan een overmatige uitspoeling voedingsstoffen uit de bodem spoelen, met name nitraat en fosfaat. Volgens Extension specialisten in Nutrient Management aan de Universiteit van Minnesota, overmatige uitspoeling van nitraat heeft het potentieel om het grondwater en meren van tegel drainage beïnvloeden. De beweging van nitraat en andere verbindingen in agrarische drainages is een belangrijke kwestie die bestudeerd wordt bij intensief beheerde Landschappen (IML) CZO. Het begrijpen van water in de landbouw of ‘Hydrocomplexiteit’ maakt deel uit van de’ Blauwe Revolutie’, zoals beschreven door Dr. Praveen Kumar (Kumar, 2015).
uitspoeling kan ook invloed hebben op verweerd gesteente en zelfs gesteente. Water past in kleine ruimtes tussen de minerale korrels en in kleine breuken in het gesteente. Als er extra water in het gesteente stroomt, kan het op twee manieren de uitloging van elementen uit het gesteente veroorzaken: ontbinding en oxidatie. Ondergrondse beweging van water kan leiden tot ontbinding van sedimentaire rotsen, vooral calciumcarbonaat rotsen zoals kalksteen. Dit kan leiden tot gevaren zoals zinkgaten en erosie.
wanneer water in rotsen beweegt, draagt het gewoonlijk zuurstof mee. De introductie van zuurstof aan rotsen die onder lage zuurstofomstandigheden worden gevormd veroorzaakt een trapsgewijze chemische reactie die voor eens immobiele metalen toestaat om snel gemobiliseerd te worden. Deze oxidatie veroorzaakt door uitspoeling is een van de belangrijkste oorzaken van zure mijnafvoer! Zodra de uitspoeling van ijzer en andere voorheen niet-geoxideerde metalen begint, is het moeilijk om de resulterende zure mijn drainage om te keren (Bekijk dit artikel over zure mijn drainge van de BBC).
uitloging kan ook voorkomen hoog boven bodem, regoliet en gesteente, in de boomtoppen. Als regenval landt op de bladeren, het water interageert met het bladoppervlak en kan zich ophopen opgeloste ionen van het blad. Dit proces van regenval verwijderen van opgeloste ionen van bladeren wordt gewoonlijk aangeduid als bladuitspoeling. In een studie van gematigde loofbomen in het Christina River Basin door van Stan et al (2012), regenval beduidend uitlogde kalium, calcium, en magnesium uit bladeren. De auteurs vonden dit echter afhankelijk van het seizoen en de intensiteit van de regenval.
Dit zijn slechts een paar voorbeelden van uitspoeling en er bestaan er nog veel meer!
heeft u vragen in uw noodle over de rots, de bodem, het water, de fauna of de flora van de kritieke Zone? Stuur ze onze weg naar [email protected].
wetenschap op!
Justin Richardson
Critical Zone Observatory Postdoctoral Fellow