Tuyaux en PVC peints avec de la rouille, connu sous le nom de tubes IRIS, aider à suivre la quantité d'oxygène dans le sol. Quand il n'y a pas assez d'oxygène, les microbes transformeront la rouille en fer ordinaire, qui emporte. Ces tubes sont en train de sécher après avoir été extraits des expériences et rincés. Crédit :J.C. Fiola
Tenez-vous dehors et regardez sous vos pieds. Là, peut-être sous un peu d'herbe, est le sol. Par une journée sèche, tous les espaces du sol sont remplis d'air. Et un peu plus loin, ces espaces sont entièrement en eau. Alors, qu'est-ce qu'il y a entre les deux ?
C'est la frange capillaire. Et c'est peut-être la chose la plus importante – et la plus mystérieuse – dont vous n'avez jamais entendu parler.
Comme une serviette en papier absorbant l'eau d'une surface, l'eau monte au-dessus de son niveau naturel dans les sols par capillarité. Une grande partie de l'activité chimique et microbienne dans le sol varie en fonction de la quantité d'eau ou d'air environnant. Donc, la frange capillaire contrôle de nombreuses fonctions importantes dans le sol.
"Les processus importants comme la décomposition des contaminants et le stockage du carbone dépendent de la quantité d'eau et d'oxygène disponible, " dit Jaclyn Fiola, maintenant un étudiant diplômé à Virginia Tech. « Comprendre les conditions de la frange capillaire nous aidera à prédire où certains processus du sol se produiront. »
Fiola et son équipe ont entrepris de mieux comprendre cette étrange région. Mais ce n'est pas une mince affaire. Avec toute la frange sous terre, c'est invisible. Et même les scientifiques ont du mal à s'entendre sur le début et la fin de la frange. C'est là que les expériences en laboratoire sont utiles.
L'équipe a rassemblé deux types de sols, un sableux et un limoneux. Les scientifiques ont emballé ce sol dans des seaux de cinq gallons avec des trous près du fond pour permettre à l'eau d'entrer.
Le bouleau en bois colle après avoir été dans les seaux expérimentaux de la frange capillaire pendant 118 jours. Les bâtons ont été retirés du sol, rincé, séché, et pesés pour déterminer le degré de décomposition qui s'était produit. Crédit :J.C. Fiola
Pour suivre les événements clés dans la frange capillaire, Fiola s'est tourné vers des systèmes intelligemment simples. Pour étudier la quantité d'oxygène dans le sol, les chercheurs ont peint des tuyaux en PVC avec de la peinture incrustée de rouille. Ils ont inséré ces tuyaux dans le sol.
Partout où il n'y avait pas assez d'oxygène, les microbes "respireraient" la rouille à la place. Cela transformerait la rouille en une forme différente de fer, qui emporte. En mesurant la quantité de rouille restante, l'équipe a pu avoir un aperçu sous le sol.
Les chercheurs ont été surpris de constater que l'eau montait de toute la hauteur des seaux dans les deux types de sols. Cela signifie que la frange capillaire s'étend sur au moins 9 pouces, plus qu'ils ne s'y attendaient.
Ils ont également été surpris que les tuyaux en PVC aient perdu leur rouille bien au-dessus de la nappe phréatique. "Cela signifie que le sol dans la frange capillaire à au moins 2 pouces au-dessus de la nappe phréatique se comporte comme le sol dans la nappe phréatique même s'il n'est pas complètement saturé, " dit Fiola.
« Sur la base des conclusions, le sol directement au-dessus de la nappe phréatique se comporte beaucoup comme le sol saturé dans la nappe phréatique, " dit Fiola.
Les zones humides sont définies par le gouvernement comme des sols saturés près de la surface. Mais si les sols agissent comme s'ils étaient saturés même au-dessus de la nappe phréatique, cela signifie que davantage de zones pourraient agir comme des zones humides et mériter d'être protégées.
Les seaux expérimentaux de sol limoneux assemblés au début de l'expérience. Des tubes en PVC avec de la peinture antirouille et des bâtons en bois ont été utilisés pour suivre l'oxygène et la décomposition. Crédit :M.C. Rabenhorst
Les scientifiques voulaient également mieux comprendre comment l'eau et l'air dans la frange capillaire peuvent affecter d'autres processus du sol. Pour suivre la décomposition, ils ont inséré des bâtons de bois dans le sol. Les chercheurs ont découvert que les microbes qui mangeaient les bâtons de bois étaient délicats.
"Nos résultats suggèrent que les microbes qui effectuent la décomposition nécessitent des conditions idéales - ni trop humides ni trop sèches, " dit Fiola. Le bois était le plus rongé au milieu des seaux où il était humide.
"La frange capillaire est beaucoup trop compliquée à définir sur la base d'une seule mesure, " dit Fiola. Même si son équipe a mesuré de nombreux aspects différents de la frange, ces mesures ne concordaient pas toujours les unes avec les autres.
Les sols sont complexes, surtout en dehors du labo. Alors maintenant, les chercheurs envisagent d'étudier la frange capillaire dans des conditions plus réalistes et sur le terrain.
Ce travail futur pourrait nous donner une meilleure compréhension et une meilleure appréciation pour le flou, complexe, et des espaces intermédiaires vitaux sous nos pieds.
