Interface sédiment-eau

Des réactions chimiques peuvent se produire à l'interface sédiments-eau, de manière abiotique. Cela inclut l'oxygénation des sédiments lacustres en fonction de la teneur en fer libre dans les sédiments (c'est-à-dire la formation de pyrite dans les sédiments), ainsi que la disponibilité du soufre via le cycle du soufre[9]. La sédimentation est souvent le processus de balayage final qui élimine les traces de produits chimiques et d'éléments de la colonne d'eau[1]. Les sédiments à cette interface sont plus poreux et peuvent contenir un plus grand volume d'eau interstitielle dans les sites interstitiels en raison de la teneur élevée en matière organique et du manque de décantation. Par conséquent, les composés chimiques dans l'eau peuvent subir ici deux processus principaux : la diffusion et le mélange biologique[1]. La diffusion chimique à l'intérieur et à l'extérieur des espaces interstitiels se produit principalement par le biais d'un mouvement moléculaire aléatoire[10]. Bien que la diffusion soit le mode principal par lequel les produits chimiques interagissent avec les sédiments, il existe un certain nombre de processus de mélange physique qui facilitent ce processus (voir infra). Les flux chimiques dépendent de plusieurs paramètres tels que le pH et le potentiel chimique. En fonction des paramètres de répartition d'un produit chimique spécifique, le produit chimique peut rester en suspension dans la colonne d'eau, se répartir dans le biote, se répartir dans les solides en suspension ou se répartir dans les sédiments[11]. De plus, la première loi de diffusion de Fick stipule que le taux de diffusion est fonction de la distance ; avec le temps, le profil de concentration devient linéaire[11]. La disponibilité d'une variété de contaminants lacustres est déterminée par les réactions qui se produisent dans le système d'eau douce.

Les réactions chimiques à l'interface sédiment-eau sont énumérées ci-dessous :

• Consommation d'oxygène : O₂⇀H₂O
• Dénitrification : NO₃⇀N₂
• Réduction du manganèse : Mn^IV⇀Mn^II
• Réduction fer : Fe^III⇀Fe^II
• Réduction des sulfates : SO₄⇀HS
• Formation de méthane : CH₂O⇀CO₂, CH₄

Lors du passage des eaux sus-jacentes à l'interface sédiment-eau, il y a une augmentation de 3 à 5 ordres de grandeur du nombre de bactéries[12]. Bien que les bactéries soient présentes dans l'interface de tout le bassin du lac, leur distribution et leur fonction varient selon le substrat, la végétation et la lumière du soleil. Par exemple, la population bactérienne à l'interface sédiment-eau dans une zone littorale végétative a tendance à être plus importante que la population de la zone plus profonde[13], en raison de la teneur plus élevée en matière organique dans la première. Et, un artefact fonctionnel de la végétation dense dans l'interface pourrait être dû à un plus grand nombre d'azotobacter, un genre de bactéries qui peuvent fixer LN₂ à l'ammonium ionisé (NH₄⁺).

Même si la morphométrie du bassin joue un rôle dans la répartition des bactéries dans le lac, les populations et fonctions bactériennes sont principalement déterminées par la disponibilité d'oxydants/accepteurs d'électrons spécifiques (par exemple, O₂, NO₃⁻, SO₄⁻, CO₂). Ces constituants, diffusés à partir de l'eau sus-jacente ou des sédiments sous-jacents, peuvent être utilisés et/ou formés au cours du métabolisme bactérien par différents organismes ou être rejetés dans la colonne d'eau. Les pentes redox abruptes présentes dans l'interface sédiments-eau permettent à une variété d'organismes aérobies et anaérobies de survivre et à diverses transformations redox d'avoir lieu. Voici quelques-unes des réactions d'oxydoréduction à médiation microbienne qui peuvent avoir lieu au sein de l'interface sédiment-eau.

• Respiration aérobie
• Fixation de l'azote
• Dénitrification [ anammox ]
• Réduction du manganèse
• Réduction du fer
• Réduction des sulfates
• Méthanogenèse