Human activities, especially since the Industrial Revolution, have left a legacy of trace metal contamination that is potentially harmful for natural ecosystems and human health (e.g. As, Cd, Pb) and affected their geochemical cycles. Atmospheric metal pollution is recorded in different environmental archives such as lake and marine sediments, snow and ice and peat bogs. Among these archives, peat bogs have proven to be effective in reconstructing the history of atmospheric metal deposition throughout Europe, but few studies have been carried out in North America or in Quebec. Being an important natural wind corridor, oriented from south-west to north-east, the St. Lawrence Valley is affected by long-range transport of contaminants. The present study focuses on the reconstruction of the history of atmospheric As, Cd, Ni, Pb and Zn deposition in surface cores (<100 cm) from three peat bogs along the St. Lawrence Valley. Core chronologies were established using 210Pb for the upper horizons and 14C dating for the deeper sections. Metal accumulation rates were computed from measured concentrations and core chronologies. Stable lead isotopes (204, 206, 207 and 208) were also analysed to distinguish natural and anthropogenic sources of Pb. Results show that the three cores recorded the onset of industrial activities around 1810-1850AD. As, Cd, Pb and, to a certain extent Ni deposition increased to reach a maxima in the 1940s and mid-1960s to early 1970s. Trace metals likely originated from coal-burning and ore smelting during the 19th and the first half of the 20th centuries. Thereafter, the dominant source of Pb became leaded gasolines additives until their phasing-out in the 1970s. Trace metal contents were greater in the two cores recovered in the southwestern part of the St. Lawrence Valley than in the one located 600 km to the northeast. This can likely be explained by their proximity to urban and industrial centers of St. Lawrence and Ottawa Valleys and U.S. Mid-West. The Pb isotope signatures suggest a long-range transport of contaminants from a common regional source (U.S. Mid-West, Great Lakes Region). A rapid decrease in metal accumulation rates since the 1970s suggest that the implementation of mitigation policies was effective in reducing atmospheric emissions of trace metal. Nevertheless, metal accumulation rates and stable Pb isotopes have not yet returned to pre-industrial values. / Les activités humaines, particulièrement depuis la Révolution Industrielle, ont perturbé le cycle géochimique de plusieurs métaux traces potentiellement toxiques (e.g. As, Cd, Pb) avec d'importantes répercussions pour les écosystèmes et la santé humaine. Plusieurs archives environnementales, tels les sédiments marins et lacustres, les tourbières, et les glaciers servent d'enregistrements historiques de la pollution atmosphérique. Parmi celles-ci, les tourbières sont reconnues comme étant des archives fiables pour la reconstruction des dépôts atmosphériques de métaux. Les tourbières ombrotrophes sont fréquemment utilisées en Europe pour reconstruire l'histoire des dépôts atmosphériques de polluants. Ce type d'étude est plus rare en Amérique du Nord, particulièrement au Québec. La vallée du St-Laurent est un corridor naturel important, dominé par des vents du sud-ouest vers le nord-est, et affecté par le transport de contaminants sur de longues distances. La présente étude a pour but la reconstruction historique des dépôts atmosphériques de As, Cd, Ni, Pb et Zn à partir de carottes de surface (< 100 cm) récoltées dans trois tourbières ombrotrophes le long de la vallée du St-Laurent. La chronologie des carottes fût établie à l'aide de datations au 210Pb et 14C. À partir de ces chronologies, les taux d'accumulation de métaux traces d'origine atmosphérique furent calculés. Les isotopes stables du Pb furent aussi analysés afin de distinguer les sources naturelles et anthropiques du Pb. Les résultats démontrent que les trois carottes ont enregistré le début des activités industrielles entre 1810-1850AD. L'accumulation de As, Cd, Pb et, dans une certaine mesure, Ni a augmenté de façon constante pour atteindre des maxima dans les années 1940 et à la fin des années 1960 et début 1970. Les contaminants provenaient probablement de la combustion de charbon et des usines métallurgiques du 19ième et début du 20ième siècle. Par la suite, la source principale du plomb fut celle des essences plombées (tétraéthyl-plomb) jusqu'à leur élimination graduelle dans les années 1970. Les taux d'accumulation de métaux sont plus importants dans les deux carottes récoltées dans le sud-ouest de la vallée comparativement à celle située à 600 km au nord-ouest. Ce phénomène peut être expliqué par la plus grande proximité des centres urbains et industriels du Mid-Ouest des États-Unis et des Grands Lacs ainsi que des vallées du St-Laurent et d'Ottawa des deux sites du sud-ouest par rapport à celui au nord-est. Les isotopes du plomb suggèrent que les contaminants furent transportés sur de longues distances et tiennent leur origine de sources régionales, telles que le Mid-Ouest des États-Unis ou la région des Grands Lacs. Une diminution rapide des taux d'accumulation de métaux à partir des années 1970 suggère que les mesures de mitigation des émissions atmosphériques mises en place durant cette période furent efficaces. Par contre, les taux d'accumulation et la signature isotopique du Pb montrent que des sources anthropiques de métaux persistent puisqu'ils demeurent différents des valeurs préindustrielles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114512 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Pratte, Steve |
| Contributors | Alfonso Mucci (Internal/Supervisor), Michelle Garneau (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Earth and Planetary Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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