Résumé "Heft 17"

Résumé:

D'après des recherches Scandinaves et nord-américaines, beaucoup d'eaux dans des régions à matériaux originaires pauvres en bases et à sols acides sont devenues remarquablement plus acides pendant les deux ou trois dernières décennies et ont en partie perdues leurs anciens peuplements de poissons. C'est surtout l'augmentation de la pollution atmosphérique qui est rendue responsable de ces changements. En rapport avec le dépérissement forestier actuel on discute en ce moment une grande influence exercée sur les eaux de surface aussi en régions forestières de l'Europe centrale par les apports atmosphériques de matières, particulièrement d'acides et de métaux lourds. Quelques premiers travaux régionaux ont permis de constater aussi dans les moyennes montagnes allemandes - avec des sols sur matériaux originaires pauvres en bases - des pH en partie très bas dans les eaux de surface. La question se pose de savoir si ces eaux ont été acidifiées par des apports atmosphériques anthropogènes ou si elles sont acides par nature. En outre il faut demander si on peut identifier d'une façon précise les eaux acidifiées par la pollution atmosphérique à l'aide de modèles simples, comme ceux développés en Scandinavie.
Le but des recherches présentées ici est de caractériser le bilan de matières de quatre lacs de la Forêt Noire choisis à ce propos. Quels processus bio-géo—chimiques actuels déterminent les propriétés physico-chimiques des ces eaux ? Est-ce que des influences directes par les apports atmosphériques peuvent être constatées ? En outre est discutée la possibilité d'une reconstitution chronologique des apports de matières en utilisant la composition chimique des sédiments.
De Juin 1984 à Juin 1985, ont été effectuées dans les quatre lacs des mesures des apports et des exportations de matières ainsi que de la composition en éléments des niveaux sédimentaires datés. Les lacs Feldsee, Blinder See près de Schonach, Wildsee près du Ruhestein et Herrenwieser See se trouvent dans des bassins versants non habités et pour la plus grande partie boisés de la haute Forêt Noire. La conductivité, le pH, l'alcalinité, l'absorption d'UV (?= 254 nm), la coloration (?= 436 nm), DOC, PO4-P, NH4+, Cl-, N03-, SO4-2, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Cd  et Pb ont été mesurés dans les affluents, des effluents et des précipitations. On a calculé des bilans d1ions et effectué des analyses factorielles et des classifications hiérarchiques. Les niveaux séditaentaires ont été datés à l'aide des isotopes 210Pb et 137Cs.
L'évolution annuelle des concentrations dans les eaux, surtout dans les affluents, reflète les processus bio-géochimiques dans les bassins versants respectifs des lacs. L'analyse factorielle montre les fortes influences de processus dans les sols tels que la minéralisation, la podzolisation et la désagrégation. Les pH dans les eaux dépendent à un haut degré des types de sol et des modes d'écoulement dans les bassins versants. L'écoulement hypodermique pendant les périodes de hautes eaux provoque de fortes baisses des pH et des concentrations plus élevées des métaux Al, Fe, et Mn, surtout dans les sols podzoliques et en partie hydroinorphes des bassins versants des lacs de la Forêt Noire du nord (composé de grès bigarré): Wildsee et Herrenwieser See. Des concentrations élevées de métaux potentiellement toxiques, surtout d'aluminium, correspondent toujours à des concentrations élevées de matières organiques capables de complexation, de sorte qu'une grande partie de ces métaux se trouve complexée. Cela a des conséquences pour le diagnostic éco-toxiicolgique sur les concentrations de métaux, car seules les espèces ioniques ont un effet toxique. Les concentrations de métaux lourds mesurées dans les eaux restent pourtant loin en dessous des valeurs limites indiquées pour l'eau de consommation.
A l'exception du Blinder See, les anions organiques ne Jouent pourtant aucun rôle dans l'acidité. On peut admettre que ce sont surtout les protons échangés dans les horizons supérieurs très acides qui déterminent les pH bas (entre 4.0 et 5.0) dans les eaux du grès bigarré. Les concentrations des anions d'acides forts, nitrate et sulfate, sont - en ce qui concerne le niveau et la répartition annuelle essentiellement déterminées par les conditions et les processus pédo-géologiques, hydrologiques et biologiques dans les bassins versants. Une dépendance directe de l'apport atmosphérique de H et S ne peut pas être discernée. Pour cette raison il est Impropre à identifier des eaux acidifiées par des apports atmosphériques anthropogènes à l'aide de modèles simples, par exemple la somme (SO42- + NO3-). La composition chimique actuelle des eaux de la région du Feldsee ne montre - pour autant que ce soit comparable - aucun changement par rapport au début des années cinquante. Les changements de la composition chimique du Wildsee et du Herrenwieser See, documentés dans d'autres expérimentations par des analyses de diatomées dans les sédiments lacustres, résultent surtout de l'histoire récente de l'exploitation forestière.
Les apports par les précipitations sont faibles par rapport à d'autres régions de l'Europe centrale et ne diffèrent pas de façon significative dans les quatre bassins étudiés. Les répartitions annuelles des concentrations dans les précipitations sont aussi très semblables pour les quatre régions. Les apports atmosphériques de matières par les surfaces des lacs sont, pour la plupart des régions et la plupart des substances, d'une moindre importance par rapport aux apports provenants des bassins versants. Ceux-ci dépendent essentiellement des conditions et processus pédogéologiques, hydrologiques et biologiques dans les bassins versants respectifs. A cause des courtes durées de renouvellement des eaux la rétention dans les lacs est faible pour la plupart des substances. Bien que les métaux lourds soient sans doute retenus le plus dans les lacs, ils montrent, comparé à d'autres lacs, des rétentions relativement faibles. Les pH bas et les fortes concentrations de matières organiques complexantes en sont probablement  la
La datation des niveaux sédimentaires par 210Pb et 137Cs ne montre que de petits taux de sédimentation. Ainsi le taux de sédimentation dans le Herrenwieser See s'élève dans la couche 1-2 cm à 1.2 mm. an-1, et dans les couches plus profondes à seulement 0.4 mm. an-1 en moyenne du fait de la compaction. La datation radiométrique est de plus confatée pour ce lac-ci par une marque temporelle liée a la construction d'un chemin forestier. La composition chimique des sédiments est déterminée à un haut degré par la constitution minéralogique et pétrographique des bassins versants. Surtout en ce qui concerne les métaux lourds et le soufre, il existe des accumulations remarquables dans les couches sédimentaires les plus récentes. L'augmentation des teneurs de métaux lourds commence dans tous les sédiments - malgré des teneurs de fond très variées - uniformément pendant le dernier quart du 19" siècle. La rétention actuelle dans les lacs et les taux d'apport sédimentaire calculés à l'aide des sédiments datés près des surfaces montrent une très bonne confirmité pour les métaux lourds et le soufre. Pour l'interprétation des profils verticaux des teneurs en éléments dans les sédiments 11 faut pourtant tenir compte, à côté de l'histoire des apports, des processus dé migration postsédimentaires, surtout dans le cas du fer, du manganèse et du soufre. Les changements dans le profil vertical des teneurs en Na, K, Kg, Al et Fe reflètent des incidents d'érosion et non pas une mobilisation de ces éléments liée à l'acidification.