vatten fungerar. Det bär fysiskt ner höga berg till stumpiga kullar genom erosion. Vattnets rörelse ger ett konstant flöde som matar de stora nätverk av sjöar, floder och grundvatten som vi är beroende av. Men vatten kontrollerar många andra aspekter av våra liv som vi inte kan se, särskilt kemin i vår miljö. En av de okända kemiska åtgärderna av vatten är processen med utlakning. Även om dess namn kan medföra tankar om blodiglar och andra läskiga-crawlies, det är något helt annat. Så vad är utlakning?
bild 1. Vatten läcker ut genom den kritiska zonen. Regn faller på ett tvärsnitt av ett träd ovanpå en jordprofil. Regn faller på vegetation, pooler på marken och läcker ut i och ner genom markprofilen.
utlakning ska inte förväxlas med användning av leeches som medicin. Ordet ” utlakning ”tros ha härletts från antingen sen Mellanengelska” leche ”eller gammalengelska” leccan ” som betyder att fukta och tillåta läckage. För närvarande beskriver utlakning främst processen med vatten som bär lösliga ämnen eller små partiklar genom jord eller sten. Även om denna process verkar trivial är utlakning en av nyckelprocesserna i den kritiska zonen, som styr hastigheten och riktningen i vilken föreningar rör sig.
utlakning är faktiskt två viktiga åtgärder som sker samtidigt: (1) kemiska interaktioner med ytor och (2) fysisk rörelse av vatten. När vattnet passerar genom berget och jorden, interagerar det med materialets ytor. Föreningar på ytan av mineraler kan bli upplösta. Dessutom kan den fysiska rörelsen av vatten lossna och flytta partiklar. Utlakning kan transportera kemiska föreningar som upplösta ämnen eller större material som sönderdelande växtmaterial, fina bergfragment och mikrober i hela den kritiska zonen.
i jordbruksekosystem är utlakning en viktig balans mellan att förhindra saltansamling och avlägsna näringsämnen från jorden. I torra jordar i halvtorra regioner kan salter ackumuleras i jordens översta horisonter. Förenta staternas livsmedels-och jordbruksorganisation uppskattade 45 miljoner hektar av de 230 miljoner hektar bevattnade odlingsmarkerna är saltpåverkade. Dessa jordar lider av ackumulering av salter på grund av begränsad utlakning. Utan lämpliga mängder vatten för att läcka ut dessa salter (känd som utlakningsfraktionen) från de övre jordhorisonterna kan växternas tillväxt påverkas något till allvarligt. Effekten beror på växtens salttolerans och typen av salter som ackumuleras i jorden.
å andra sidan kan överdriven utlakning spola näringsämnen från jorden, särskilt nitrat och fosfat. Enligt Förlängningsspecialister inom näringshantering vid University of Minnesota har överdriven utlakning av nitrat potential att påverka grundvatten och sjöar från kakeldränering. Förflyttningen av nitrat och andra föreningar i jordbruksavlopp är en viktig fråga som studeras vid Intensive Managed Landscapes (IML) CZO. Förstå vatten inom jordbruket eller’ Hydrocomplexity ’är en del av’ Blue Revolution’, såsom beskrivits av Dr. Praveen Kumar (Kumar, 2015).
urlakning kan också påverka väderbitna stenar och till och med berggrunden. Vatten kan passa in i små utrymmen mellan mineralkornen och inuti små sprickor i berget. När ytterligare vatten rör sig in i berget kan det orsaka utlakning av element från stenar på två sätt: upplösning och oxidation. Undervattensrörelse av vatten kan orsaka upplösning av sedimentära bergarter, särskilt kalciumkarbonatstenar som kalksten. Detta kan leda till faror som sinkholes och erosion.
När vatten rör sig i stenar, bär det vanligtvis syre med det. Införandet av syre till stenar som bildas under låga syreförhållanden orsakar en kaskad kemisk reaktion som möjliggör en gång orörliga metaller att snabbt mobiliseras. Denna oxidation orsakad av utlakning är en av de viktigaste drivkrafterna för syragruvdränering! När utlakning av järn och andra tidigare ooxiderade metaller börjar, är det svårt att vända den resulterande syragruvan dränering (kolla in den här artikeln på syragruvan drainge av BBC).
utlakning kan också förekomma högt över jord, regolit och sten i trädtopparna. När nederbörden landar på bladen interagerar vattnet med bladytan och kan ackumulera upplösta joner från bladet. Denna process av nederbörd som tar bort upplösta joner från löv kallas vanligen bladlakning. I en studie av tempererade lövträd vid Christina River Basin av Van Stan et al (2012) läckte regn betydligt kalium, kalcium och magnesium från löv. Författarna fann dock att detta var beroende av säsongen och intensiteten i nederbörden.
dessa är bara några exempel på urlakning och många fler finns!
har du några frågor som virvlar i din nudel om sten, jord, vatten, fauna eller flora i den kritiska zonen? Skicka dem vår väg på [email protected].
vetenskap på!
Justin Richardson
observatoriet för kritisk zon postdoktor