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Dynamique du mercure (Hg) dans la neige.
La déposition du Hg par la neige représente un important flux de Hg dans les régions nordiques, particulièrement durant les « événements de dépositions massives » (Schroeder et al. 1998, Nature). On a initialement considéré que le Hg ainsi déposé restait dans la neige jusqu’à la fonte.Dans Lalonde et al. (2002, 2003), nous montrons que la majorité du Hg nouvellement déposé en milieu tempéré est retourné vers l’atmosphère en 24 à 48 h, après sa photo-réduction en Hg(0), une espèce volatile. J. Lalonde a reçu la médaille d’or du Gouverneur général du Canada pour ces travaux.
Dans Poulain et al. (2004), nous proposons par ailleurs que la réaction inverse, la photo-oxidation dans la neige, peut freiner cette fuite vers l’atmosphère, en milieux côtiers arctiques, riches en halogénures. Au niveau de l’arctique, nous avons montré que cette région constitue un puits de Hg (Ariya et al., 2004).
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Biogéochimie des carcasses de poissons.
La bioamplification du méthylHg (MeHg) le long des chaînes trophiques mène à de hautes concentrations de mercure chez les poissons prédateurs. En fait, les poissons peuvent représenter le principal réservoir de MeHg dans la colonne d’eau des lacs. Suite à la mort d’un poisson, le destin du Hg associé à la carcasse est inconnu. Nous avons montré dans Sarica et al. (2004) que, dans le cas de mortalité massive de saumons du Pacifique après la fraie, la décomposition de la carcasses résultait en une contamination des insectes nécrophages terrestres et de l’eau des ruisseaux récepteurs.En milieu lacustre (Sarica et al., 2005), le Hg associé aux carcasses est principalement accumulé par les sangsues, permettant ainsi un recyclage du Hg vers les chaînons supérieurs. Ce recyclage peut ralentir le temps de récupération d’un lac suite à une baisse des dépositions atmosphériques. Nos recherches actuelles portent sur une meilleure compréhension de l’impact écosystémique des carcasses. J. Sarica a reçu le prix SETAC-St-Laurent pour ces travaux.
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Réactions d’oxydoréduction du Hg dans les eaux naturelles.
La formation de Hg élémentaire volatil (Hg0) à la surface des océans et des lacs, et sa volatilisation subséquente, représentent des composantes importantes du cycle du Hg. Nous avons initialement démontré sur le terrain que la formation de Hg0 était médiée photochimiquement pour plusieurs lacs boréaux. Amyot a reçu la médaille d’or du Gouverneur général du Canada pour ces travaux (1997). Plus récemment, nous avons étudié le rôle de ce processus sur le budget en Hg des Grands Lacs (Amyot et al. 2000, Poissant et al., 2000).De plus, nous avons démontré l’existence d’une composante photobiologique à la formation lacustre de Hg0 (Poulain et al., 2004). Il semble que des algues mixotrophes vivant au sein du métalimnion soient responsables de la formation de Hg dans les parties faiblement illuminées de la colonne d’eau de certains lacs. Nous avons également mis en évidence la présence de la photo-oxydation du Hg, laquelle freine l’évasion du Hg des surfaces d’eau (Lalonde et al., 2001). Nous avons établi que les chlorures et les UV-A favorisent fortement cette réaction (Lalonde et al., 2004).
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Impact des bioaérosols sur la chimie de l’atmosphère.
Les bactéries et moisissures aéroportées (bioaérosols) sont considérés comme relativement inactives, quoique de récentes études démontrent la possibilité de la reproduction de bactéries aéroportées dans le brouillard. Dans Ariya et al. (2002, 2004), on démontre que les bioaérosols ont le potentiel d’altérer la chimie de l’atmosphère en utilisant des composés organiques secondaires comme sources de nutriments. Ceci ouvre de nouvelles perspectives sur les transformations atmosphériques de gaz à effet de serre et de polluants aéroportés. -
Suivi environnemental des contaminants.
Dans Désy et al. (2002), on évalue le potentiel d’organismes benthiques et de macrophytes en tant que bioindicateurs de la pollution métallique dans le fleuve Saint-Laurent. Dans Fayad et al. (2004), on établit le risque associé au mercure, lors de l’ingestion de sables par les enfants jouant des carrés de sable.
English version
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(Photo)redox chemistry of Hg in natural waters.
The redox state of Hg dictates its transport at the air/water interface, with Hg(0) being more volatile than Hg(II) species. The formation of Hg(0) and its evasion from lakes and ocean surfaces significantly influence regional and global Hg budgets. Through the elaboration of innovative field-based experimental approaches using ultra-trace techniques, we initially described the role of solar radiation on Hg(II) reduction in the field, both in freshwaters and in coastal marine waters. My team established the existence of photo-oxidation of Hg(0) under environmental conditions.Since then, my lab has published a number of papers on factors affecting both redox processes, such as levels of dissolved organic carbon, pH, salinity, the presence of a liquid Hg phase and the quality and quantity of solar radiation. Our results have been used to model Hg fluxes on the Great Lakes and St. Lawrence River and are considered in the assessment of global budgets and fluxes.
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Linking mercury biogeochemistry, food chain dynamics, human health and education.
During the past few years, we have participated in a major case study on the St. Lawrence River. This case study is a cornerstone of the COMERN network, since it provides a framework for the integration of knowledge across sciences, for the benefits of a targeted community (community of Lake St. Pierre). Mercury projects on atmospheric deposition, aquatic transformations, environmental microbiology, bioaccumulation and biomagnification across food webs were fully integrated to simultaneous studies at the health and environmental education levels (led by other team leaders).Within this initiative, my lab specifically worked on the role of macrophyte beds on the redox chemistry of Hg and showed that: 1) Hg(II) reduction was stimulated by light, temperature, iron and DOC; 2) Hg(0) oxidation was stimulated by chloride; 3) macrophytes and associated epiphytes were sites of adsorption/absorption of Hg(II) and Hg(0); 4) bacterial degradation of macrophytes led to anoxia and Hg(0) production. An intensive study linking aquatic redox chemistry to atmospheric evasion was conducted with Environment Canada and led to an improvement of current evasion models.
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Mercury Experiment To Assess Atmospheric Loadings in Canada and the United States (METAALICUS).
METAALICUS is a binational research initiative that aims at establishing a direct link between atmospheric deposition of Hg and the levels of Hg found in our fish resource. This initiative is a key component in the development of a scientifically-sound environmental policy towards atmospheric emissions of Hg in Canada and the US. It consists of artificially modifying the atmospheric loading to a lake by adding small amounts of three isotopically-labelled Hg solutions to a whole ecosystem (one solution being added to the lake, another to its wetland and the third to its upland), in order to follow its behavior and its resulting impact on Hg levels in fish.The main contributions of my team have been: 1) the discovery of the very rapid chemical reduction of Hg in snow (see below contribution IV); 2) the report of a role of mixotrophic algae in Hg cycling ; 3) the evidence for a very significant loss by volatilization of newly-deposited Hg in pilot studies conducted in enclosures and during the whole-lake ecosystem experiment.
Mercury dynamics in snow and its implication on regional / global Hg modelling.
Deposition of Hg by snow is an important flux of Hg in Northern regions, particularly during so-called Mercury Depletion Events (Schroeder et al. 1998 Nature). Models assume that, once deposited, Hg stays in the snow pack until snowmelt, when it is mobilized and transferred to terrestrial and aquatic systems. My lab established that most of the Hg deposited by snow is lost from the snow pack within 24 to 48 hours. We also demonstrated that photoreduction may play a pivotal role in this Hg depletion by favoring the formation of Hg0, which can be returned to the atmosphere. Before this work, reduction processes in snow were not well recognized. We worked with Environment Canada and McGill to insure the transfer of our results into current regional and global models, and we therefore helped to establish that the Arctic was a sink for Hg and was receiving approximately 325 tons of mercury annually.-
Fish as biodelivery system for nutrients and contaminants.
The biomagnification of bioaccumulative pollutants in food chains leads to high levels in predatory fish. Indeed fish constitute the main pool of methylHg (MeHg) in many aquatic systems. Through their movement, these fish can act as biodelivery system for contaminants. We established the role of fish migration in the transport of Hg, by studying streams receiving Pacific Salmon runs. We have paid particular attention to the stream-to-land transport of Hg from decaying fish. We also assessed the role of the settling of fish carcasses in lakes as a potential flux of contaminants in lakes, and found a rapid recycling of carcasses and transfer to necrophagous animals. This was done through the use of stable isotopes of Hg in the field, a novel approach.