The initialization of water vapour and temperature fields has long been a concern in mesoscale weather forecasting, where small errors in these fields often produce significant errors in the model characterization of mesoscale processes, such as convective initiation. In order to address this issue, a scanning "Mesoscale" Microwave Radiometer has been designed and built at McGill University with the exclusive goal of accurately providing, or at least constraining, three dimensional water vapour fields. An assessment of a scanning microwave radiometer's capability for retrieving water vapour and temperature fields over large (250x250x10km) two- and three-dimensional domains is presented. The information content of an elevation and azimuthal scanning microwave radiometer is assessed using a statistical regression framework. It is shown that a scanning microwave radiometer is, indeed, capable of providing up to 3.9 constraints on water vapour near the instrument decreasing to roughly 0.5 constrains at distances of ~150km, while temperature information is largely restricted to between 1.2 and 0.3 constraints in regions within 50km. The amount of information inherent in the system is also assessed, where it is found that, in order to constrain water vapour to 0.5g/kg throughout a 2D cross-section through the atmosphere, we require 63.2 independent constraints during July and only 3.2 in January, largely distributed between 500 and 4000m altitude. Based on these results, we propose possible modifications to the radiometer system to further facilitate its ability to provide accurate water vapour information at mesoscale resolutions within a three dimensional domain. / L'initialisation de la vapeur d'eau et de la température est, depuis longtemps, un sujet de préoccupation pour les prévisions météorologiques à la méso-échelle, où de petites erreurs dans ces champs produisent souvent des erreurs significatives dans le modèle concernant la caractérisation des processus à la méso-échelle, telles que l'initiation de la convection. Afin de répondre à cette question, un radiomètre micro-ondes à « méso-échelle » a été conçu et construit à l'Université McGill dans le but exclusif de fournir avec précision, ou au moins de contraindre, les champs de vapeur d'eau en trois dimensions. Une évaluation de la capacité d'un radiomètre micro-ondes pour recouvrer la vapeur d'eau et température sur un vaste domaine (250x250x10km) en deux et trois dimensions est présentée. Le contenu de l'information d'un radiomètre micro-ondes à balayage en élévation et en azimut est évalué dans un cadre de régression statistique. Il est démontré qu'un balayage radiomètre micro-ondes est, en effet, capable de fournir jusqu'à 3.9 contraintes sur la vapeur d'eau à proximité de l'instrument diminuant à environ 0.5 contraint à des distances de ~150km , tandis que les informations de température est en grande partie limitée à entre 1.2 et 0.3 contraintes dans les régions plus proche que 50 km. La quantité d'information inhérente au système est également évaluée; on y constate que, dans le but de contraindre la vapeur d'eau avec un précision de 0.5g/kg pour une section 2D à travers l'atmosphère, nous avons besoin de 63.2 contraintes indépendantes en juillet et seulement 3.2 en janvier, distribuées principalement entre 500 et 4000m d'altitude.Basé sur ces résultats, nous proposons d'éventuelles modifications du système radiomètre pour faciliter sa capacité à fournir des informations précises sur la vapeur d'eau à des résolutions méso-échelle dans un domaine tridimensionnel.

High content arsenic waste generated in the metallurgical industry can be converted into a synthetic mineral, scorodite, FeAsO4•2H2O, and deposited into a waste disposal site. Scorodite is most stable in a certain pH range under oxic conditions. A novel way to enhance the range of stability for scorodite is to encapsulate it with an inert material. In this work, silicate gel is developed and investigated as a possible encapsulating material for scorodite. The work in this thesis includes 1) Synthesis of atmospherically precipitated scorodite, 2) Production, optimization and characterization of silicate gels, 3) Study of different silicate gel ageing treatments (sealed and unsealed at room temperature, drying at 40°C and hydrothermal treatment at 110 and 160°C), 4) Stability testing of silicate gel-coated scorodite (Scorogel) at pH 9 under oxic (600 mV Eh) and anoxic conditions (0 mV Eh) and 5) Characterization of Scorogel particles. As the initial method of gel formation (titration of 1M sulfuric acid into 1M sodium silicate) produced a silicate gel with high alkalinity (pH 10) that was incompatible with scorodite, a reverse titration method was developed that produced a gel with optimum pH profile (5-6.5). The produced gel however proved to have only a marginal effect on scorodite stabilization. This prompted investigation of different ageing techniques as a means of producing silica-like coatings with better stabilization potential. The ageing techniques included drying (22, 40°C) and hydrothermal (HT) treatment (110, 160°C) of Scorogels. Surprisingly these measures proved counterproductive as aged Scorogels showed a higher release of As than scorodite alone. Through surface-sensitive (XPS, X-ray photoelectron spectroscopy) depth profile analysis, and molecular-sensitive analysis (Fourier Transform Infrared (FTIR) and Raman mapping), it was discovered that the silicate engaged into an "ion-exchange" type reaction on the surface of scorodite by bonding to iron, hence the observed release of arsenic. / Les déchets avec de haute teneur en arsenic qui sont produits par l'industrie métallurgique peuvent être convertis en un minéral synthétique : la scorodite FeAsO4•2H2O. Les déchets convertis vont être ensuite disposés dans un site d'élimination des déchets. Dans des conditions oxiques, la scorodite est plus stable pour une certaine gamme de pH. Une nouvelle façon d'améliorer la gamme de stabilité de la scorodite consiste à l'encapsuler avec un matériau inerte. Dans ce travail, un gel de silicate est développé et étudié comme matériau d'encapsulation de la scorodite. Cette thèse comprend: 1) La synthèse de la scorodite par précipitation à pression atmosphérique; 2) La production, l'optimisation et la caractérisation des gels de silicate; 3) Étude de différents traitements de vieillissement des gels de silicate (scellés et non scellés à la température ambiante de 22°C, séchage à 40°C et un traitement hydrothermique à 110 et 160°C); 4) Essais de stabilité des scorodites revêtus de gel de silicate (Scorogel) à un pH de 9 dans des conditions oxiques (600 mV Eh) et anoxiques (0 mV Eh); 5) La caractérisation des particules de Scorogel. Le procédé initial de formation du gel de silicate (titrage avec 1 M d'acide sulfurique dans 1 M de silicate de sodium) produit un gel de silicate à haute alcalinité (un pH de 10) qui est incompatible avec la scorodite, une méthode de titrage inverse a été développée pour produire un gel avec un pH optimal entre 5-6.5. Le gel ainsi produit c'est avéré avoir un effet marginal sur la stabilisation de la scorodite. Ce résultat a amené l'étude de différentes techniques de vieillissement comme un moyen de produire des revêtements de silicate avec une meilleure stabilisation de la scorodite. Les techniques de vieillissement incluent le séchage (à 22 et 40°C) et le traitement hydrothermique (à 110 et 160°C) des Scorogels. Étonnamment ces vieillissements se sont révélés contre-productifs car les Scorogels âgées ont exhibé une plus grande libération d'arsenic que la scorodite sans revêtement. L'analyse chimique de surface profondeur (XPS, la spectrométrie photoélectronique X) par profile en et l'analyse moléculaire (IRTF, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la cartographie Raman) des Scorogels ont démontré que le silicate est impliqué dans une réaction de type "échangeur d'ions" à la surface de la scorodite par liaison avec le fer, ce qui explique la libération observée d'arsenic.

Salmon and trout respond to river temperature fluctuations by moving into cooler areas when main-stem temperatures exceed their upper tolerance limits. In a climate warming context, these areas are increasingly recognized as an important aspect of stream habitat especially for cold water fish such as salmonids, because they can act as thermal refuges during summer months. This thesis aims firstly to examine the physical processes that underlie the formation of various types of cold water anomalies in a river setting, and secondly, to determine which anomaly types are being used as refuges by salmonids in hot weather. Two main refuge forming processes are investigated, this in two Quebec salmon rivers. These are 1) thermal plume formation from cool tributaries inflowing into warm main-stem reaches, and 2) vertical thermal stratification, with cooler water below warmer surface water. The dynamics of thermal refuges thus formed are characterized using environmental monitoring techniques, with various morphometric and physicochemical measurements describing the variability of existing conditions within these refuges. Visual fish surveys are also carried out in an event of moderate heat stress, to document the use by salmonids of cold, thermally stratified anomalies. A simple hydrodynamic modelling tool is used to determine how the local morphology and hydraulics of a confluence zone can influence the size and geometry of tributary-sourced thermal refuges; this tool is then coupled with data on future regional climate scenarios, to assess how climate change might affect a typical tributary plume refuge. Finally, select statistical methods are combined to determine the morpho-hydraulic characteristics that are associated with thermal stratification in the systems under study, as well as the habitat conditions that are preferably selected by salmonids when they are seeking refuge. / Le saumon et la truite répondent aux fluctuations de température des rivières en se déplaçant vers des zones fraîches lorsque les températures du chenal principal dépassent leurs seuils supérieurs de tolérance. Dans le contexte du réchauffement climatique, ces zones sont de plus en plus reconnues comme constituant un aspect important de l'habitat fluvial, surtout pour les poissons d'eau froide tels que les salmonidés, puisqu'elles peuvent agir comme refuges thermiques durant les mois d'été. La présente thèse a d'une part pour objectif d'examiner les processus physiques menant à la formation d'anomalies thermiques froides en rivière, et d'autre part, de déterminer quels types d'anomalies sont utilisés par les salmonidés par temps chaud. Deux principaux processus sont ciblés, et ce pour deux rivières à saumon du Québec. Ces processus sont 1) la formation de panaches thermiques issus de la confluence de tributaires froids avec le chenal principal, et 2) la stratification thermique verticale, avec eau plus froide demeurant sous la surface. Des techniques de surveillance environnementale sont employées pour caractériser la dynamique des refuges thermiques ainsi formés, et des mesures tant morphométriques que physicochimiques sont effectuées, afin de dresser un portrait de la variabilité des conditions existantes au sein de ces refuges. Des relevés visuels sont réalisés lors d'un événement de stress thermique modéré, dans le but de documenter l'utilisation par les salmonidés de refuges froids stratifiés. Un outil simple de modélisation hydrodynamique est utilisé pour déterminer comment la morphologie et l'hydraulique locale d'une zone de confluence peuvent influencer la taille et la géométrie des refuges issus de tributaires froids; cet outil est aussi couplé à des données de scénarios climatiques futurs, afin d'évaluer comment le changement climatique pourrait affecter un refuge thermique typique. Enfin, des méthodes statistiques sont combinées pour déterminer les facteurs morpho-hydrauliques qui sont associés à la présence de stratification thermique au sein des systèmes à l'étude, ainsi que les conditions de l'habitat qui sont sélectionnées de préférence par les salmonidés lorsqu'ils cherchent refuge.

The world's highest density of tropical glaciers is found in the Cordillera Blanca of the Peruvian Andes. During the dry season, glacial meltwater is a vital fresh water resource in the region as it supplies up to 40% of river discharge. Climate change is driving rapid glacial retreat, causing serious concerns about future availability and quality of fresh water supplies. The purpose of this thesis is to survey water quality in the Rio Santa Watershed (which drains the western side of the Cordillera Blanca), with a particular focus on potentially toxic trace metals released by acid mine drainage and acid rock drainage. In July 2011, major ion samples were collected from 23 sites in the Rio Santa and nine of its tributaries. Samples for trace metal analysis were collected from 11 Rio Santa sites and eight tributaries. pH, temperature, and dissolved oxygen were measured in situ at all sites. Rio Santa discharge was measured directly at 15 locations and calculated by mass balance analysis for another 12 locations. Water in the Rio Santa Watershed is characterized by high concentrations of SO4, Ca, and HCO3. These species are derived from sulfide oxidation (both naturally occurring and enhanced by mining) and carbonate dissolution. The pH is circumneutral at all sites except for two tributaries, Rio Olleros and Rio Quilcay, which both had a pH below 5. Fe-oxyhydroxide coatings cover the streambeds of acid tributaries and some sites along the Rio Santa. As, Cd, Pb, Cu, Mo, Ni, and U concentrations tend to fluctuate above the detection level but below 10 ug/L at most sites in the watershed. Locally elevated concentrations occurred in the acidified Rio Olleros (70 ug/L of Ni) and Rio Quilcay (82 ug/L, 27 ug/L, 34 ug/L and 14 ug/L of Pb, Cd, Ni, and U, respectively.) Elevated concentrations also occurred in circumneutral tributaries Rio Tabla (43 ug/L of Ni) and Rio Llullan (720 ug/L of Mo and 180 ug/L of U.) In the Rio Santa, elevated trace metal concentrations occurred downstream of Ticapampa mine tailings pile (30 ug/L of As) and the city of Huaraz (73 ug/L, 58 ug/L, 53 ug/L, 40 ug/L, and 23 ug/L of Pb, Cd, U, Mo, and Ni, respectively.) Bulk loads of these indicator trace metals were near zero at the headwaters of the Rio Santa, and tended to increase steadily along the river's length in proportion to increasing discharge, with large spikes in loads at Ticapampa and Huaraz. The dramatic decline in loads immediately after these sites is indicative of the non-conservative behavior of dissolved trace elements in the Eh-pH conditions of the Rio Santa. As dry season discharge continues to decline due to glacier recession, current contamination problems may be exacerbated and lower flows will inhibit the capacity of the watershed to buffer against acidic tributary and mining effluent inputs. / La plus grande densité de glaciers tropicaux se trouve dans la Cordillera Blanca des Andes péruviennes. Durant la saison sèche, l'eau issue de la fonte glaciaire est une ressource vitale, car celle-ci alimente jusqu'à 40% du débit des rivières. Les changements climatiques entraînant un retrait rapide des glaciers, l'approvisionnement de la population en eau potable de qualité devient une préoccupation sérieuse. L'objectif de ce mémoire est de faire le relevé de la qualité de l'eau dans le bassin hydrologique du Rio Santa, qui draine la portion occidentale de la Cordillera Blanca, en mettant l'emphase sur les éléments-traces métalliques potentiellement toxiques libérés par le drainage minier acide et par le drainage géologique naturel. En juillet 2011, des échantillons d'ions majeurs ont été récoltés dans 23 sites du Rio Santa et de neuf de ses affluents. Des échantillons d'éléments-traces métalliques ont quant à eux été récoltés dans 11 sites du Rio Santa et de 8 de ses affluents. Le pH, la température et l'oxygène dissout ont été mesurés sur place à tous les sites. Le débit du Rio Santa a été mesuré directement à 15 endroits et calculé par bilan massique pour 12 autres endroits. L'eau du bassin hydrologique du Rio Santa est caractérisée par une forte teneur en SO4, Ca et HCO3, dû à l'oxydation, naturelle et accélérée par les mines, des minéraux sulfureux et de la dissolution du carbonate. Le pH est approximativement neutre pour tous les sites sauf pour les affluents Rio Olleros et Rio Quilcay, qui ont tous deux un pH inférieur à 5. Un revêtement de Fe-oxyhydroxide recouvre le lit de ces affluents acides et quelques autres sites le long du Rio Santa.Les concentrations de As, Cd, Pb, Cu, Mo, Ni et U tendent à fluctuer au-dessus des niveaux de détection mais restent sous 10 ug/L pour la majorité des sites dans les bassins hydrologique. Des concentrations locales élevées apparaissent dans les affluents acides du Rio Olleros (70 ug/L de Ni) et du Rio Quilcay (82 ug/L, 27 ug/L, 34 ug/L and 14 ug/L de Pb, Cd, Ni et U, respectivement.) Des concentrations élevées ont aussi été trouvées dans les affluents dont le pH est approximativement neutre, soit le Rio Tabla (43 ug/L de Ni) et le Rio Llullan (720 ug/L de Mo et 180 ug/L de U.) Dans le Rio Santa, des concentrations élevées d'éléments-traces métalliques ont été détectées en aval des résidus de la mine Ticapampa (30 ug/L de As) et de la ville de Huaraz (73 ug/L, 58 ug/L, 53 ug/L, 40 ug/L et 23 ug/L de Pb, Cd, U, Mo et Ni, respectivement.) Le débit massique de ces éléments-traces métalliques de référence était près de zéro à la source du Rio Santa et tendait à augmenter graduellement au long de la rivière proportionnellement à l'augmentation du débit d'eau avec des grands pics de débits massiques d'éléments-traces métalliques à Ticapampa et Huaraz. La diminution dramatique de ses débits massiques après ces sites indique le comportement non-conservatif d'éléments-traces dissous dans les conditions de pH du Rio Santa. Alors que le débit d'eau de la saison sèche continue de décliner à cause du recul des glaciers, les problèmes de contamination actuels seront potentiellement exacerbés et des flux réduit empêcheront le Rio Santa et ses affluents d'agir comme tampon des affluents acides et des admissions d'eau résiduaires issue des mines.

As part of a sustained effort to model and simulate the thermodynamic behavior of steelmaking slag, binary and ternary phase diagram systems have been modeled using the CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) approach. The understanding, modeling and thermodynamic simulation of oxide systems including phosphorus oxide are of special importance to the steelmaking industry given requirements for steels with ever lower phosphorus contents while facing the processing of ores with increasing phosphorus content.In this project, two binary systems (MgO-P2O5 and MnO-P2O5) and one ternary system (CaO-MgO-P2O5) were modeled to extend the oxide database of the Factsage thermodynamic simulation software package. This present study is part of a broader effort conducted to develop a comprehensive thermodynamic database for the CaO-MgO-MnO-FeO-Fe2O3-Al2O3-Na2O-P2O5 / Fe Liq. system and allow the thermodynamic simulation of steelmaking processes such as dephosphorization. All available experimental data in the literature were critically assessed and a set of thermodynamic model parameters were developed to simulate reliably the experimental results within experimental error limits. The properties of liquid oxides and solid P2O5 compounds were described by thermodynamic models and standard Gibbs energy functions.The thermodynamic property of the liquid solution (or slag) were described using the Modified Quasi-Chemical Model (MQM) developed by Pelton et. al. (2000). This model allows to simulate short range ordering (SRO). Thermodynamic properties of solid solution phases are described using the Compound Energy Formalism (CEF) by Hillert (2000) which considers the crystal structure of each solid solution. / Dans le cadre des efforts soutenus pour modéliser le comportement thermodynamique des scories sidérurgiques, des systèmes binaires et ternaires furent modélisés en utilisant l'approche CALPHAD. Les systèmes incluant les oxydes de phosphore sont d'une importance particulière pour l'industrie sidérurgique qui doit satisfaire des demandes pour de l'acier avec des niveaux de phosphore plus bas tout en faisant face à l'exploitation de gisements aux teneures en phosphore chaque fois plus élevés.Dans ce projet, deux systèmes binaires (MgO-P2O5 et MnO-P2O5) et un système ternaire (CaO-MgO-P2O5) furent modélisés pour développer la base de données du logiciel de simulation thermodynamique Factsage. Cette étude se cadre dans des efforts de développement d'une base de données du système CaO-MgO-MnO-FeO-Fe2O3-Al2O3-Na2O-P2O5 / FeLiq. qui pourrais permettre la simulation de procédés sidérurgiques tels que la déphosphorization de l'acier.Toutes les données expérimentales dans la littérature furent évalués de manière critique et optimisées pour obtenir des paramètres de modèles thermodynamiques pouvant reproduire les données expérimentales à l'intérieur des marges d'erreurs expérimentales. Les propriétés thermodynamiques des oxides liquides et des composantes solides contenant du P2O5 furent décrites en utilisant des modèles thermodynamiques ainsi que des fonctions standards d'énergie de Gibbs.Les propriétés thermodynamiques de la solution liquide furent décrites en utilisant le Modèle Quasichimique Modifié (MQM) développé par Pelton et. al. (2000). Ce modèle tiens compte de l'ordre à courte portée des solutions liquides. Les propriétés thermodynamiques des solutions solides furent décrites par le Formalisme Énergétique des Composés (CEF) par Hillert (2000) qui tiens compte de la structure cristalline de chaque solution.

Fundamental aspects of the surface chemistry of calcite, dolomite, magnesite, and gaspeite in aqueous solutions were examined using different lines of investigation including experimental, theoretical, and/or computer-assisted modeling approaches (i.e., ab initio molecular and surface complexation modeling). A Genetic Algorithm (GA) was implemented and tested for the calibration of surface complexation models (SCMs). The GA can successfully optimize numerous adjustable SCM parameters without incurring convergence problems while minimizing numerical instability problems, a notable advantage over conventional deterministic, root-finding, and optimization techniques implemented in codes such as FITEQL. It was routinely used throughout this thesis for the simultaneous calibration of surface complexation parameters (e.g., intrinsic constants, capacitances) at carbonate surfaces. The definition of reactive surface sites at hydrated rhombohedral carbonate mineral surfaces was critically revisited. Using calcite as the model mineral, a single generic charge-neutral surface site scheme was proposed for the formulation of surface equilibria. The resulting molecular representation of surface equilibria is consistent with experimental and theoretical findings and is compatible with assumptions implicit in SCMs. Based upon the one-site scheme, new and simplified SCMs for magnesite and dolomite were formulated. These successfully reproduced published surface charge and electrokinetic data while yielding surface speciation predictions consistent with available spectroscopic data. The acid-base behavior of the gaspeite (NiCO3(s)) surface in NaCl solutions was investigated for the first time by means of conventional titration techniques and micro-electrophoresis. Surface protonation and the electrophoretic mobility of gaspeite are strongly affected by the background electrolyte. Acid-base surface complexation reactions, / Des aspects fondamentaux sur la chimie surfacique des minéraux carbonatés dans des solutions aqueuses ont été examinés par des approches expérimentales et théoriques ainsi que par des méthodes d'optimisation numérique et de modélisation moléculaire.Un algorithme génétique (GA, selon son sigle anglais) a été implémenté et testé pour la calibration de modèles de complexation à la surface (SCMs, selon son sigle anglais). Le GA peut optimiser de façon stochastique et simultanée des nombreux paramètres tout en minimisant des problèmes de convergence ou de stabilité numérique. Cet algorithme est très avantageux par rapport aux techniques déterministiques conventionnelles adoptées par des codes d'optimisation de constantes d'équilibre tel que FITEQL. Le GA a donc été utilisé de façon routinière dans cette étude, pour estimer les constantes de formation des espèces chimiques se formant à la surface des minéraux carbonatés. En utilisant la calcite comme modèle, nous avons réévalué de façon critique la définition de sites réactifs à la surface hydratée des minéraux carbonatés rhomboédriques. Ceci nous a permis de définir un site d'adsorption générique neutre pour ce type de minéraux, qui est compatible avec les résultats d'études théoriques et expérimentales ainsi qu'avec des hypothèses associées à la formulation de SCMs. Des nouvelles réactions, basées sur un seul site générique, ont été formulées pour la magnésite et dolomite et calibrées en utilisant des données publiées de charge surfacique et, par la suite, testées avec des données électrocinétiques et spectroscopiques disponibles dans la littérature.Le comportement acide-base à la surface de la gaspéite (NiCO3(s)), dans des solutions de NaCl, à été examiné par des techniques conventionnelles de titrage surfacique et par la micro-électrophorèse. Nous avons trouvé que l'él

Approximately 55 million years ago, an unprecedented amount of light carbon was abruptly released into the ocean and atmosphere. This event, known as the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM), is documented by large negative carbon isotope excursions in marine and soil carbonates and by global environmental changes. Models have been applied to constrain the amount of carbon released during the PETM. In this study, the Walker-Kasting carbon cycle box model is revisited and, after correcting its carbon isotope equations, it is used to resolve a discrepancy in previous emission estimates. In addition, the atmospheric methane box model of Schmidt-Shindell is coupled to the Walker-Kasting model to explore the role of methane during the PETM. This coupled model is then combined with results from other modeling studies to demonstrate that the PETM may have been caused by the rel ease of approximately 3500 Pg C of thermogenic methane into the Atlantic Ocean. / Il y a environ 55 millions d'années, une quantité sans précédent de carbone a été brusquement libérée dans l'océan et l'atmosphère. Cet événement, désigné de maximum thermique Paléocène-Eocène (PETM), est identifiable par de remarquables excursions négatives de del13C en carbonate marin et sol, et par des bouleversements environnementaux d'échelle globale. Plusieurs modèles ont été utilisés afin d'estimer la quantité de carbone émise durant le PETM. Cette étude reprend le modèle du cycle du carbone de Walker-Kasting, révise ses équations du del13C et l'utilise pour résoudre un désaccord entre des estimés antérieures de l'émission totale. Le modèle du méthane atmosphérique de Schmidt-Shindell est également couplé à celui de Walker-Kasting dans le but d'examiner l'importance du méthane durant le PETM. Finalement, ce modèle couplé, en combinaison avec les résultats d'autres modèles, est implémenté pour démontrer que le PETM aurait pu être engendré par l'émission de 3500 Pg C de méthane thermogénétique à l'océan Atlantique.

The sulphur isotopic evolution of basaltic melts degassed under disequilibrium conditions was investigated experimentally at temperatures of 1225 oC and oxygen fugacities between 0.5 and 1.9 log10 units above that defined by the Ni-NiO buffer. Melts were equilibrated at a pressure of 550 MPa in a piston-cylinder apparatus and degassed at ~490 to 0 MPa. Water concentrations in the experimental glasses varied from 1.5-10 wt %. Extents of degassing were quantified by comparing sulphur concentrations in the experimentally degassed (DG) glasses to those in isobarically quenched (IQ) glasses, and ranged from 0 to ~40%. Degassed glasses were systematically more enriched in 34S than IQ glasses, and the degree of enrichment correlated positively with the extent of degassing. Predicted fractionation factors between the gas and the melt (34αg-m) for open-system degassing under conditions of local gas-melt equilibrium ranged from 0.9986 to 0.9996. Our empirical fractionation factor was found to be 0.9987, which lies near the low end of the predicted range, suggesting that another process is contributing to S isotope fractionation. Modelling results indicate that a possible explanation for this behaviour is the diffusion of S during bubble growth; however consideration of the mechanistic details of bubble growth show that more sophisticated models than those employed in this study are needed to fully quantify this effect. / Une investigation de l'evolution isotopique du soufre dans les liquides basaltiques a été effectuée à une temperature de 1225 °C et à une fugacité d'oxygène entre 0.5 et 1.9 unités log10 au-dessus du tampon Ni-NiO. Les matières fondues ont été équilibrées à une pression de 550 MPa dans un appareil piston-cylindre et dégazées de ~490 à 0 MPa. Les concentrations de l'eau dans des verres expérimentaux ont varié entre 1.5 et 10 % (en masse). Le taux de dégazage (variable de 0 à ~40 %) a été quantifié en comparant les concentrations de soufre dans les verres dégazés experimentalement (DG) à celles de verres trempés de façon isobarique (IQ). Les verres DG étaient systématiquement plus enrichis en 34S que les verres IQ, et cet enrichissement montrait une corrélation positive avec le degré de dégazage observé. Les facteurs de fractionation théoriques entre la phase gazeuse et la phase fondue (34αg-m) pour dégazage d'un système ouvert sous conditions d'équilibre localisé (phase gazeuse-phase fondue) ont varié entre 0.9986 to 0.9996. Notre facteur de fractionation empirique était de 0.9987, vers le bas de la gamme prédite, ce qui suggère qu'un processus additionel contribue à la fractionation isotopique de soufre. Nos résultats de modélisation suggèrent la diffusion du soufre pendant la croissance de bulles de gaz comme possible explication; néanmoins, la prise en compte des détails mécanistiques de la croissance des bulles montre que des modèles plus complexes que ceux utilisés ici sont nécessaires pour une quantification complète de cet effet.

Ice algae are an important component of the carbon cycle in the Arctic, and can therefore have an impact on climate. I investigate the dynamics of an ice algae bloom by coupling an algae-nutrient model [Lavoie et al., 2005] with a thermodynamic sea ice model [Huwald et al., 2005]. The sea ice component is a more sophisticated model than what has been used in past Arctic ice algae model studies. To validate the model, I simulate an algal bloom at the base of the ice over a season and compare with data from the Resolute area in the Canadian Arctic Archipelago. Results suggest that bloom dynamics are strongly related to the ice growth/melt rate, with ice melt being the trigger for bloom decline. Being able to accurately model physical conditions is essential before ice algae can be accurately modeled, and some recommendations for improvement are discussed. / Les algues de glace sont une composante importante du cycle du carbone dans l'Arctique et peuvent avoir une influence sur le climat. J'explore la dynamique d'une efflorescence algale par le couplage d'un modèle d'algues /nutriments [Lavoie et al., 2005] avec un modèle de la thermodynamique de la glace de mer [Huwald et al., 2005]. Le modèle de glace est plus sophistiqué que les modèles utilisés dans les études précédentes sur les algues de glace Arctiques. Pour valider le modèle, je simule une efflorescence algale à la base de la glace pendant une saison et on compare avec des données de la région de Resolute dans l'Archipel Canadien Arctique. Les résultats indiquent que la dynamique de l'efflorescence est fortement liée au taux de croissance et de fonte, la fonte étant le déclencheur du déclin de l'efflorescence. La capacité de modéliser avec précision les conditions physiques est essentiel pour simuler correctement les algues de glaces, et quelques améliorations sont suggérées.

Tuktoyaktuk, a community along the Beaufort coast in the western Canadian Arctic, experiences serious coastal erosion during periods of strong and persistent northwesterly winds during the late summer season when the sea ice coverage reaches its annual minimum. The prevalence of strong northwesterly winds along the Beaufort coast has often been linked to the passage of powerful storms. In this study, a climatology of late summer winds at Tuktoyaktuk is compiled that links the observed wind regime to the orography of the Brooks Range. The climatology and a detailed case study of an extreme wind event indicate that an anticyclone over the Chukchi or western Beaufort Seas is conducive for cold air damming events north of the Brooks Range that alter the pressure gradient in a direction favorable for strong northwesterly geostrophic winds over Tuktoyaktuk to be mixed to the surface in a neutrally stratified atmosphere. / Tuktoyaktuk, une communauté sur la côte de Beaufort à l'ouest de l'arctique canadien, est aux prises à de graves épisodes d'érosion côtière à la fin de l'été, lorsque la couverture glacière est à son minimum et que soufflent de persistants et forts vents du nord-ouest. La prévalence de forts vents du nord-ouest le long de la côte de Beaufort a souvent été lié au passage de puissantes tempêtes. Dans cette étude, une climatologie des épisodes de vent de fin d'été est établie et mise en lien avec avec l'orographie de la chaîne de montagnes Brooks. La climatologie ainsi qu'une étude de cas détaillée d'un épisode de vents de force extrême indiquent qu'un anticyclone au dessus de la mer de Chukchi ou la mer de Beaufort conduit à un blocage d'air froid au nord de la chaîne Brooks qui modifie le gradient de pression dans une direction favorable à un mélange des forts vents géostrophiques nord-ouest au dessus de Tuktoyaktuk jusqu'à la surface dans une atmosphère stratifiée à stabilité neutre.