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Heating effect on chromium speciation and mobility in Cr-rich soils: A snapshot from New Caledonia

Thery Gaël, Juillot Farid, Calmels Damien, Bollaert Quentin, Meyer Michael, Quiniou Thomas, David Magali, Jourand Philippe, Ducousso Marc, Fritsch Emmanuel, Landrot Gautier, Morin Guillaume, Quantin Cécile. 2024. Science of The Total Environment.
ARTICLE, (2024 ) - PUBLISHEDVERSION - English (en-GB)
Science of The Total Environment
OPENACCESS - cc_by, info:eu-repo/semantics/openAccess, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Audience : RESEARCHERS, STUDENTS
Elsevier
Subject
P02 - Pollution, P33 - Chimie et physique du sol, pollution de l'eau, pollution des eaux douces, chrome, chauffage du sol, métal trace, impact sur l'environnement, chimie du sol, ferralsol, Cambisol, Vertisol, Régosol, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_8321, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_cd8dac8f, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_1595, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_7174, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_909f18e4, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_24420, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_7161, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_2858, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_1224, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_8199, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_6492, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_5155, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_3081
Domains
Sciences de l'environnement, Sciences exactes
Description

[EN] In the context of global warming, wildfires are expected to increase in both frequency and intensity in the forthcoming decades. Among the environmental and ecological wildfires-induced impacts, the risk of freshwater pollution by soilborne trace metals deserves a more extensive and accurate assessment because of its potential threat to human health. This study aims to contribute to this evaluation by investigating the influence of laboratory soil heating on chromium solid speciation (including redox state) and mobility in Ferralsols, Cambisols, Vertisols and Regosols holding varying amounts of this trace metal in New Caledonia (South Pacific). A first result is that soil heating from 400 °C induces a partial Cr(III) oxidation to Cr(VI) in all the studied soils, confirming recent findings and extending them to a wider range of soil types. A second result is that the rate of heat-induced Cr(III) oxidation to Cr(VI) appears to depend on chromium speciation. This latter parameter might thus represent the primary driver of chromium reactivity in burned soils. Finally, a third result is the confirmation that most of the Cr(VI) formed in the heated soils is highly mobile. Heat-induced Cr(III) oxidation to Cr(VI) in burned soils thus represents a significant risk towards freshwater quality. At the local scale, this risk might concern a large range of drinking water catchments since the soils investigated in this study encompass a wide portion of the pedological diversity in New Caledonia. At a broader scale, considering the wide occurrence of Cr-bearing pedological settings worldwide, the potential threats to freshwater systems resulting from the occurrence of highly toxic Cr(VI) in burned soils should be considered as a global emerging risk towards water quality that requires further assessment.


[FR] Dans le contexte du réchauffement climatique, on s'attend à ce que les incendies de forêt augmentent en fréquence et en intensité au cours des prochaines décennies. Parmi les impacts environnementaux et écologiques induits par les incendies de forêt, le risque de pollution de l'eau douce par les métaux traces présents dans le sol mérite une évaluation plus approfondie et plus précise en raison de la menace potentielle qu'il représente pour la santé humaine. Cette étude vise à contribuer à cette évaluation en étudiant l'influence du chauffage du sol en laboratoire sur la spéciation solide du chrome (y compris l'état redox) et sa mobilité dans les Ferralsols, Cambisols, Vertisols et Regosols contenant des quantités variables de ce métal trace en Nouvelle-Calédonie (Pacifique Sud). Un premier résultat montre que le chauffage du sol à 400 °C induit une oxydation partielle du Cr(III) en Cr(VI) dans tous les sols étudiés, confirmant les conclusions récentes et les étendant à un plus large éventail de types de sols. Un deuxième résultat montre que le taux d'oxydation du Cr(III) en Cr(VI) induit par la chaleur semble dépendre de la spéciation du chrome. Ce dernier paramètre pourrait donc représenter le principal facteur de réactivité du chrome dans les sols brûlés. Enfin, un troisième résultat confirme que la plupart du Cr(VI) formé dans les sols chauffés est très mobile. L'oxydation du Cr(III) en Cr(VI) induite par la chaleur dans les sols brûlés représente donc un risque important pour la qualité de l'eau douce. À l'échelle locale, ce risque pourrait concerner un large éventail de bassins versants d'eau potable, car les sols étudiés dans cette étude couvrent une grande partie de la diversité pédologique de la Nouvelle-Calédonie. À plus grande échelle, compte tenu de la large occurrence de milieux pédologiques contenant du Cr dans le monde entier, les menaces potentielles pour les systèmes d'eau douce résultant de la présence de Cr(VI) hautement toxique dans les sols brûlés doivent être considérées comme un risque émergent mondial pour la qualité de l'eau qui nécessite une évaluation plus approfondie. 

Keywords
Language
English (en-GB)
Creators
Thery, Gaël, Juillot, Farid, Calmels, Damien, Bollaert, Quentin, Meyer, Michael, Quiniou, Thomas, David, Magali, Jourand, Philippe, Ducousso, Marc, Fritsch, Emmanuel, Landrot, Gautier, Morin, Guillaume, Quantin, Cécile
Contributors
Sources
Science of The Total Environment Volume 922, 20 April 2024, 171037
Relation
http://agritrop.cirad.fr/608708/
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171037
10.1016/j.scitotenv.2024.171037
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info:eu-repo/grantAgreement/////(FRA) Chrome et le nickel dans les sols de Nouvelle-Calédonie: Influence des forçages environnementaux et humains/CHRONICK
info:eu-repo/grantAgreement///ANR-12-ADAP-0017//(FRA) Mécanismes symbiotiques d'adaptations d'Acacia spirorbis aux stress abiotiques et aux perturbations environnementales en Nouvelle Calédonie/ADASPIR
Coverage
New Caledonia
Name of newspaper
Science of The Total Environment