L'altération chimique naturelle du substrat rocheux est à l'origine de l'augmentation de l'acidité et des métaux, mais le principal moteur de cette tendance est le changement climatique, selon le rapport.

"Les métaux lourds constituent un véritable défi pour les écosystèmes", a déclaré l'auteur principal Andrew Manning, géologue au US Geological Survey à Denver. "Certains sont assez toxiques. Nous observons des tendances régionales statistiquement significatives pour le cuivre et le zinc, deux métaux clés qui posent généralement problème dans le Colorado. Ce n'est pas ambigu, et ce n'est pas petit."

L'étude a été publiée dans Water Resources Research. .

Bien que le mécanisme associant le réchauffement des températures à l'altération accrue des sulfures soit encore une question de recherche ouverte, les nouveaux résultats indiquent que l'exposition de roches autrefois scellées par la glace est l'un des principaux suspects, a déclaré Manning. L'apparition soudaine de « rivières arctiques rouillées » s'écoulant des régions de dégel du pergélisol au cours des deux dernières années est probablement le même processus, amplifié.

Le Colorado est criblé de parcelles de substrat rocheux riches en sulfures métalliques. Le sulfure de fer brillant, connu de nombreux Coloradans sous le nom d'or des fous ou de pyrite, est le plus courant de ces minéraux sulfurés, mais le cuivre, le zinc et d'autres sulfures métalliques sont également courants.

L'exposition à l'air oxyde les sulfures métalliques présents dans le substrat rocheux, libérant les métaux dans les eaux souterraines, qui se déversent dans les cours d'eau de surface. Les dépôts rouges rouillés dans le lit des cours d’eau sont des signes distinctifs de l’oxydation du sulfure de fer. Les sulfures acidifient également l’eau, ce qui peut accélérer les intempéries. Certains ruisseaux alpins échantillonnés avaient un pH aussi bas que 3 ou 4.

L’étude s’est appuyée sur 40 ans de données sur la chimie de l’eau, prélevant des échantillons finaux sur tous les sites en 2021 dans 22 cours d’eau d’amont dans 17 bassins versants naturellement acides et suffisamment riches en métaux pour limiter les plantes et les animaux aquatiques. Les sites d'échantillonnage se trouvaient à plus de 3 000 mètres (10 000 pieds) d'altitude et comprenaient un mélange de zones vierges et intactes et de lieux qui avaient été exploités historiquement mais laissés seuls pendant 50 à 100 ans.

"Le point clé est qu'aucun travail d'exploitation minière ou de restauration n'a été effectué récemment", a déclaré Manning. "Ces bassins versants sont restés là, ne répondant à rien d'autre que le climat."

Des montagnes qui se réchauffent et s'assèchent

Les ruisseaux de montagne ont été échantillonnés de la mi-juillet à novembre, couvrant les périodes d'étiage de la fin de l'été et de l'automne. Les enregistrements à long terme du volume d'écoulement provenant des jauges de cours d'eau à proximité montrent que les débits ont diminué avec le réchauffement des températures et la diminution du manteau neigeux, ce qui suggère que des volumes d'eau plus faibles pourraient expliquer les concentrations de métaux plus élevées.

Mais Manning et ses collègues ont découvert que moins d’eau ne pouvait expliquer que la moitié de l’effet observé. Pour atteindre les concentrations observées, les montagnes ont dû déverser des métaux et du sulfate dans les cours d'eau à un rythme plus rapide.

À mesure que ces ruisseaux de montagne riches en métaux se jettent dans des rivières plus grandes, l'effet de la charge supplémentaire en métaux est dilué, ont noté les chercheurs.

"Je ne pense pas que ce soit un signal d'alarme pour les principaux utilisateurs métropolitains ou agricoles en aval, à des altitudes plus basses", a déclaré Manning, "mais certaines de nos communautés montagnardes obtiennent leur eau à une courte distance de ces cours d'eau minéralisés". Pour aider à atténuer les risques liés à la qualité de l'eau, les gestionnaires pourraient bénéficier de connaissances avancées sur les métaux qui pénètrent dans le cours d'eau, ainsi que sur l'endroit et la vitesse à laquelle ils augmentent, a déclaré Manning.

Une plus grande concentration de métaux et d'acidité dans ces ruisseaux de montagne pourrait également avoir un impact sur les décisions concernant l'endroit où investir les fonds limités pour l'assainissement de ceux qui ont été altérés par l'exploitation minière historique et où stocker le poisson au profit du tourisme.

Cas local, modèle global

Les bassins versants du Colorado constituent un cas dramatique en raison de l'abondance inhabituelle de sulfures métalliques dans le substrat rocheux, a déclaré Manning, mais les scientifiques observent une augmentation plus subtile des concentrations de sulfate dans les ruisseaux de montagne du monde entier. La nouvelle étude est la première à relier statistiquement l'altération accélérée des sulfures à la hausse des températures à grande échelle dans une région entière.

L’étude a révélé que les gains les plus importants en matière de charges métalliques se sont produits dans les ruisseaux de montagne les plus hauts et les plus froids. Manning a déclaré que cette tendance indique un dégel de la glace souterraine. Les altitudes les plus élevées du Colorado ont des températures moyennes annuelles proches de zéro degré Celsius (32 degrés Fahrenheit), ce qui les place exactement aux conditions limites du pergélisol. Certains sommets se sont réchauffés au-delà du seuil de congélation depuis 1980.

"La glace est comme une armure. Faites-la fondre et vous créez des fenêtres permettant aux eaux souterraines de pénétrer dans la roche qui n'a pas vu d'eau ni d'oxygène depuis des millénaires, et elle commencera à s'oxyder assez rapidement", a déclaré Manning.

D'autres mécanismes possibles sont la baisse des nappes phréatiques exposant les roches fraîches à l'air et la fonte des glaciers rocheux, libérant des poches de métaux concentrés stockés dans la glace. Les zones humides accumulent des métaux et peuvent libérer une explosion lorsque l'eau revient après des périodes sèches.

L’étude n’a pas trouvé de corrélation entre les taux d’augmentation des concentrations de métaux et la présence de zones humides, de glaciers rocheux ou de facteurs liés à la baisse des nappes phréatiques, même si ceux-ci pourraient jouer un rôle dans d’autres régions. Mais tous ces mécanismes possibles sont des conséquences du changement climatique.

"Il n'y a tout simplement pas d'autre explication logique que celle d'un signal climatique changeant", a déclaré Manning. "Rien d'autre ne pourrait atteindre universellement tous ces bassins versants."