Les métaux traces sont des éléments nutritifs, comme le zinc, dont les animaux et les plantes ont besoin en petites quantités pour fonctionner correctement. Les animaux absorbent généralement des traces de métaux dans leur alimentation ou lors d’expositions environnementales, tandis que les plantes extraient leurs oligo-éléments du sol. Si nous en absorbons trop peu, nous pouvons souffrir d’une carence, mais l’inverse peut aussi être vrai : une trop grande quantité d’un métal trace peut être toxique.
Les scientifiques estiment que jusqu’à 50 % des métaux traces présents dans les sols et les environnements urbains peuvent être liés à la surface des grains minéraux, ce qui rend les métaux traces pratiquement indisponibles pour la consommation ou l’exposition. Des chercheurs de l’Université Washington de Saint-Louis se sont demandés ce qui les maintenait en place.
« Lorsque les minéraux lient les métaux traces, nous supposons souvent qu’ils agissent comme une éponge », a déclaré Jeffrey G. Catalano, professeur de sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes et directeur des études environnementales en Arts et Sciences. « Mais parfois, ils lient les métaux traces et ne les lâchent pas. C’est formidable lorsqu’ils sont des contaminants, mais mauvais lorsqu’ils servent de micronutriments. »
Dans une étude publié dans la revue Sciences et technologies environnementales, Catalano et Greg Ledingham, titulaire d’un doctorat. candidat dans son laboratoire, a découvert qu’un minéral commun appelé goethite, un minéral riche en fer abondant dans les sols qui recouvrent la Terre, a tendance à incorporer des métaux traces dans sa structure au fil du temps, liant les métaux de telle manière qu’il les verrouille. hors circulation.
Les chercheurs ont découvert que la partie des métaux traces liés à la goethite était proportionnelle à la taille des ions. Jusqu’à 70 % du nickel, le métal trace ayant les plus petits rayons ioniques dans cette étude, était non récupérable, tandis que seulement 8 % du cadmium était irréversiblement lié à la goethite.
« Dans le passé, pour étudier comment les métaux traces s’attachent et sont retenus sur les surfaces minérales, les géochimistes devaient modifier considérablement les conditions chimiques d’une manière qui n’était ni réaliste ni fidèle aux systèmes du monde réel », a déclaré Ledingham, chercheur diplômé de le Centre McDonnell pour les sciences spatiales. « La modification du pH, par exemple, affecte la façon dont les particules se regroupent et peut influencer la manière dont les métaux se lient à la surface.
« Nous avons utilisé une nouvelle approche appelée échange isotopique qui nous a permis de suivre comment les métaux se lient, se détachent et s’incorporent aux oxyhydroxydes de fer en temps réel et dans des conditions représentatives des sols et des systèmes fluviaux réels », a-t-il déclaré.
« Notre étude suggère que les minéraux d’oxyhydroxyde de fer, comme la goethite, pourraient constituer un bien meilleur puits pour les métaux traces qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré Catalano.
Savoir que la goethite a tendance à piéger naturellement les métaux traces au fil du temps pourrait aider les scientifiques à mieux prédire comment certains contaminants se déplacent dans l’environnement, ont déclaré les auteurs de l’étude. Cela pourrait également signifier que les éléments nutritifs à base de métaux traces ajoutés aux sols des fermes et des jardins pourraient devenir moins efficaces après quelques mois.
Les résultats suggèrent que l’impact environnemental est mitigé : piéger les métaux agissant comme contaminants nettoiera les sols et les réserves d’eau, mais les métaux servant de nutriments essentiels ne sont pas non plus disponibles pour les plantes et autres organismes, ont indiqué les chercheurs.
Plus d’information:
Greg J. Ledingham et al, Liaison irréversible des métaux traces à la goethite contrôlée par la taille des ions, Sciences et technologies environnementales (2024). DOI : 10.1021/acs.est.3c06516