A região ao redor da cidade de Galena, no rio Mississippi, Illinois, funcionou com chumbo por quase um século.

A cidade recebeu este nome devido à abundância local da forma mineral natural de chumbo. Em meados do século 19, a área de Galena estava minerando e refinando 80% do chumbo produzido nos Estados Unidos. O chumbo de Galena acabou em tudo, de vitrais a balas.

A evidência da produção principal de Galena apareceu quase 200 anos depois e a cerca de 800 milhas de distância, no que pode parecer um lugar improvável:Lago Matoaka no campus da William &Mary.

Mas acontece que o Lago Matoaka é um repositório geologicamente ideal de partículas atmosféricas. Uma equipe de geólogos William &Mary liderada por Jim Kaste e Nick Balascio minerou os sedimentos da cápsula do tempo do Lago Matoaka para encontrar evidências que traçam o desenvolvimento da Revolução Industrial e da Era do Automóvel. Seus dados oferecem percepções sobre as mudanças climáticas e até iluminam alguns espaços em branco no registro histórico local.

Costumava ser o Pântano Esperança de Archer

"Matoaka é um espécime interessante porque tem uma data de formação muito antiga, que pensamos ser por volta de 1700, "Balascio disse. O represamento era originalmente conhecido como Ludwell's Mill Pond, criado pelo represamento de um complexo pantanoso conhecido como Pântano Esperança de Archer. Balascio, um professor assistente no Departamento de Geologia, acrescentou que, além da idade, a peculiar geologia da área torna o Lago Matoaka uma mina de ouro geoarqueológica, falando figurativamente.

“Também está dentro da planície costeira, o que significa rocha facilmente erodida. Portanto, as taxas de sedimentação em Matoaka são realmente muito altas, "Balascio disse." Isso nos permite resolver as mudanças ambientais passadas e o histórico de poluição em uma resolução realmente alta. "

Seus corings Matoaka registraram muito mais do que as fundições de chumbo de Galena, oferecendo nada menos que uma jornada sedimental através do antropoceno oriental da América do Norte. Eles publicaram suas descobertas geoarqueológicas na revista Antropoceno com uma lista de coautores totalmente William &Mary:Keck Lab Director Randy Chambers, Meredith Meyer, um especialista em pesquisa e laboratório da VIMS; e os alunos Madison Renshaw '18 e Kassandra Smith '17.

O artigo do Antropoceno não é de forma alguma a última palavra sobre o assunto. O descaroçamento de Matoaka é um projeto em andamento e forneceu uma série de tópicos para alunos do Departamento de Geologia.

"Pedimos aos alunos que examinassem o sedimento centímetro a centímetro, "Kaste disse.

"Fizemos quatro ou cinco teses de graduação sobre os sedimentos do Lago Matoaka, "Balascio acrescentou." Cada aluno olhou para uma medição individual e nós meio que os integramos ao longo dos anos. "

SPCs:uma relíquia de fogos de carvão

Um desses alunos de graduação é Kayla Cahoon '18, que fez uma apresentação em um encontro de almoço de professores e alunos associados ao programa Ciência e Política Ambiental da William &Mary. Sua medição individual foi de pequenos pedaços conhecidos como partículas carbonáceas esferoidais, ou SPCs.

"Eles vêm da queima de carvão. Quando você queima carvão, duas coisas principais acontecem. Há o material que fica no fundo da fornalha que é chamado de cinza de carvão, "Cahoon explicou." E há as partículas que sobem pela chaminé e vão para a atmosfera. Isso é conhecido como cinzas volantes. "

Ela continuou dizendo que os SCPs representam de cinco a dez por cento de todas as cinzas volantes de qualquer fonte de carvão em combustão. As cinzas volantes à deriva - e os SCPs que ela contém - podem derivar na atmosfera em qualquer lugar de um quilômetro a milhares de quilômetros da fonte, Cahoon disse.

Cahoon estudou um núcleo do Lago Matoaka que remonta à época em que a barragem foi construída. Ela preparou sua amostra de núcleo em uma série de banhos cáusticos - ácido nítrico, peróxido de hidrogênio, ácido fluorídrico e ácido clorídrico.

"Eu queria comer toda a sujeira, lama e outras coisas para deixar para trás apenas essas partículas de carbono, - disse ela. - Então montei aqueles em slides e passei horas contando pontos. Para cima e para baixo e para cima e para baixo para cada slide. "

SPCs são, na média, entre 20 e 30 mícrons de tamanho. Cahoon examinou suas lâminas em um microscópio eletrônico de varredura no Centro de Ciências Integradas de William &Mary, mas seu instrumento de trabalho pesado era um microscópio reflexivo binocular.

Comparando os picos e declínios com registros históricos

Cahoon e seus colegas pesquisadores geoarqueológicos contam esses fragmentos de poluição para que possam comparar a abundância relativa das partículas dos núcleos com os registros históricos. No caso de Cahoon, ela viu um pico nos SCPs que correspondeu ao início da Guerra Civil Americana em 1861. Houve um pico ainda maior por volta de 1914 em 1918, correspondente à Primeira Guerra Mundial

"Foi quando os trens, aviões e automóveis realmente começaram a circular, e vimos um aumento muito grande nos combustíveis fósseis, "disse ela. Ela encontrou outro aumento, correspondendo ao início da Segunda Guerra Mundial - mais trens, aviões e automóveis.

E houve diminuições. Cahoon disse que a primeira legislação nacional de emissão de carbono entrou em vigor em 1973, registrado no sedimento do Lago Matoaka como uma queda em SCPs. Outra queda de SCP foi registrada em 1993, quando as partículas de carbono em usinas termelétricas a carvão começaram a ser capturadas em purificadores de exaustão e depositadas em aterros sanitários.

Todos esses picos e vales aparecem em outros estudos de núcleos de sedimentos, mas Cahoon disse que encontrou algo mais perto de casa. Algo que ela não tinha visto em sua extensa revisão da literatura.

"Eu encontrei um pico no final dos anos 1700, que é consistente com a Guerra Revolucionária e também com o crescimento de Williamsburg, - disse ela. - Ninguém mais tinha isso na literatura. Ninguém mais tinha qualquer tipo de coleção de partículas SCP antes de 1830 ou por aí. "

"Comecei realmente a me aprofundar no aspecto histórico disso. Encontrei algumas coisas que todos nós sabemos, "Disse Cahoon." Em 1699, Williamsburg se tornou a capital da Virgínia e esteve aqui até 1780.

"Mas não era apenas a capital política, era também a capital industrial, "ela continuou." Havia uma grande quantidade de indústria acontecendo aqui em Williamsburg. O principal foi o James Anderson Armory. "

O James Anderson Armory, ou uma versão recriada dele, está em operação em Colonial Williamsburg. Cahoon entrevistou Ken Schwartz, ferreiro mestre na instalação, e também coletou amostras de seus fogos e condutos de forja. O Anderson Armory do início do século 18 era um local de considerável atividade.

"Sabemos que de 1765 a 1780, ele estava operando oito forjas por dia durante 18 horas por dia, "ela disse." Todo carvão em chamas. Então, o que percebemos é que temos uma história realmente única sobre o uso de combustível fóssil muito antes do início da Revolução Industrial. Antes de todas as fábricas. Antes de todos os trens chegarem. "

Poluição de ontem =pontos de dados de hoje

Os poluentes do passado são os pontos de dados do presente. O sedimento de arquivo do Lago Matoaka registrou mais do que SCPs. Kaste é professor associado do departamento de geologia e atualmente atua como diretor do Programa de Política e Ciência Ambiental da William &Mary. Ele explicou que o chumbo e o mercúrio são subprodutos adicionais da combustão do carvão.

"Então, onde você tem SCPs, você pode esperar ter esses contaminantes de metais pesados ​​- é incrível como esses dados correspondem aos dados SCP, " ele disse.

Mas, o mercúrio chega ao meio ambiente de outras fontes além da queima de carvão. Um projeto de estudante examinou o mercúrio e Kaste disse que eles encontraram um pico de mercúrio pouco antes de 1900. Era uma relíquia das moedas da época.

"Existia muita mineração de prata nos Estados Unidos em 1880 a 1890, ele disse. "Quando você mina prata ou chumbo, você mina mercúrio acidentalmente, porque eles estão associados ao mesmo tipo de rocha. Então, quando você faz mineração de prata, você acaba emitindo muito mercúrio para a atmosfera. "

A assinatura química contada pelo chumbo

Como o mercúrio, o chumbo entra no meio ambiente de várias fontes além das queimadas de carvão. As partículas de chumbo também são produzidas pela fundição de chumbo, claro. Kaste disse que os núcleos de sedimentos revelaram um aumento consistente na concentração de chumbo de 1700 a 1750, consistente com o crescimento industrial de Williamsburg na era colonial.

"O que é interessante é que você vê uma queda logo após a Revolução Americana, "ele disse." Isso é consistente com os registros históricos que sugerem que Williamsburg meio que caiu depois que a capital foi transferida para Richmond. "

Outro pico apareceu por volta de 1860, consistente com o ápice da indústria de chumbo Galena. Kaste explicou que eles podem dizer a diferença entre o chumbo de uma fundição e o chumbo de uma queima de carvão ou outras fontes. (Mercúrio tem assinaturas químicas diagnósticas semelhantes.)

"O chumbo tem diferentes assinaturas isotópicas, "disse ele." Há uma pista 206, 207, 208. Carvão, por exemplo, é enriquecido em chumbo 207, enquanto o intemperismo de sedimentos é enriquecido em outro isótopo. "

Sua análise química sofisticada também pode revelar a origem do minério de chumbo fundido. Kaste disse que o minério de chumbo da região de Galena tem uma assinatura química muito distinta. O corpo de minério do meio-oeste superior que alimentou as fundições de Galena foi eventualmente extraído, e Kaste, Balascio e seus alunos foram capazes de rastrear o declínio do chumbo Galena em seus testemunhos de Matoaka. Mas o chumbo voltou.

"Vemos a Segunda Guerra Mundial - um grande salto por volta de 1942, "Kaste disse." Isso vai ser da mineração de chumbo associada com a fabricação de todas as balas para o esforço de guerra. A mineração era principalmente em Idaho. "

Após a guerra, Kaste disse que houve uma ligeira queda, e então a América entrou em uma era que ele chamou de "liderança de pico".

"Na década de 1960, usamos chumbo na gasolina. Cada vez que você encheu seu tanque, você coloca chumbo tetraetila em seu tanque de gás, " Kaste said. "And then when you pressed on the accelerator and burned gas, the lead went out your tailpipe and it went up and moved around a couple hundred miles and then came back down whenever it rained."

And the 1977 enacting of clean air legislation and the advent of unleaded gasoline were duly noted by a rather sudden disappearance of certain lead isotopes in Lake Matoaka sediment.

"When I teach introductory environmental science and policy, I like to use this as an example of legislation that worked, " Kaste said. "You can see this in ice cores, you can see this in lake sediments. Once we made the lead illegal to put in gasoline, the atmosphere got cleaned up pretty quickly."