La región alrededor de la ciudad de Galena en el río Mississippi, Illinois, funcionó con plomo durante la mayor parte de un siglo.

La ciudad tomó su nombre de la abundancia local de la forma mineral natural de plomo. A mediados del siglo XIX, el área de Galena estaba extrayendo y refinando el 80 por ciento del plomo producido en los Estados Unidos. El plomo de Galena terminó en todo, desde vidrieras hasta balas.

La evidencia de la producción de plomo de Galena ha aparecido casi 200 años después y a unas 800 millas de distancia en lo que puede parecer un lugar poco probable:el lago Matoaka en el campus de William &Mary.

Pero resulta que el lago Matoaka es un depósito geológicamente ideal de partículas atmosféricas. Un equipo de geólogos de William &Mary dirigido por Jim Kaste y Nick Balascio ha extraído el sedimento de la cápsula del tiempo del lago Matoaka para encontrar evidencia que rastrea el desarrollo de la Revolución Industrial y la Era del Automóvil. Sus datos ofrecen información sobre el cambio climático e incluso arrojan luz sobre algunos espacios en blanco en el registro histórico local.

Solía ​​ser el Pantano de la Esperanza de Archer

"Matoaka es una especie de espécimen interesante ya que tiene una fecha de formación muy temprana, que creemos que es alrededor de 1700, "Dijo Balascio. El embalse se conocía originalmente como Ludwell's Mill Pond, creado por la represa de un complejo de humedales conocido como Archer's Hope Swamp. Balascio, un profesor asistente en el Departamento de Geología, agregó que además de la edad, la peculiar geología de la zona convierte al lago Matoaka en una mina de oro geoarqueológica, hablando en sentido figurado.

"También está dentro de la llanura costera, lo que significa un lecho rocoso fácilmente erosionado. Entonces, las tasas de sedimentación en Matoaka son realmente bastante altas, "Eso nos permite resolver los cambios ambientales pasados ​​y el historial de contaminación en una resolución realmente alta", dijo Balascio.

Sus muestras de Matoaka han registrado mucho más que las fundiciones de plomo de Galena, ofreciendo nada menos que un viaje sedimentario a través del antropoceno oriental de América del Norte. Publicaron sus hallazgos geoarqueológicos en la revista. Antropoceno con una lista de coautores de William &Mary:el director de Keck Lab, Randy Chambers, Meredith Meyer, un especialista en investigación y laboratorio en VIMS; y los estudiantes Madison Renshaw '18 y Kassandra Smith '17.

El artículo del Antropoceno no es de ninguna manera la última palabra sobre el tema. La extracción de núcleos de Matoaka es un proyecto en curso y ha proporcionado una serie de temas para los estudiantes del Departamento de Geología.

"Hicimos que los estudiantes escogieran el sedimento centímetro a centímetro, "Dijo Kaste.

"Hemos hecho cuatro o cinco tesis de pregrado sobre el sedimento del lago Matoaka, "Agregó Balascio." Cada estudiante ha analizado una medida individual y las hemos integrado a lo largo de los años ".

SPC:una reliquia de los incendios de carbón

Uno de esos estudiantes universitarios es Kayla Cahoon '18, quien hizo una presentación en una reunión de almuerzo de profesores y estudiantes asociados con el programa de Ciencias y Políticas Ambientales de William &Mary. Su medida individual eran pequeños bits conocidos como partículas carbonáceas esferoidales, o SPC.

"Vienen de la quema de carbón. Cuando se quema carbón, ocurren dos cosas principales. Están las cosas que quedan en el fondo del horno que se llaman cenizas de carbón, "Explicó Cahoon." Y luego están las partículas que suben a través del conducto de humos y llegan a la atmósfera. Eso es lo que se conoce como cenizas volantes ".

Continuó diciendo que los SCP representan del cinco al diez por ciento de todas las cenizas volantes de cualquier fuente de carbón en llamas. Las cenizas volantes a la deriva, y los SCP que contienen, pueden flotar en la atmósfera desde un kilómetro hasta miles de kilómetros de la fuente. Dijo Cahoon.

Cahoon estudió un núcleo del lago Matoaka que se remonta a la época en que se construyó la presa por primera vez. Ella preparó su muestra central en una serie de baños cáusticos:ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, ácido fluorhídrico y ácido clorhídrico.

"Quería comerme toda la suciedad, el barro y esas cosas para dejar solo estas partículas de carbono, ", dijo." Luego los monté en toboganes y pasé horas contando puntos. Arriba y abajo y arriba y abajo para cada diapositiva ".

Los SPC son, de media, entre 20 y 30 micrones de tamaño. Cahoon examinó sus diapositivas en un microscopio electrónico de barrido en William &Mary's Integrated Science Center, pero su instrumento de caballo de batalla era un microscopio reflectante binocular.

Comparación de picos y descensos con registros históricos

Cahoon y sus colegas investigadores geoarqueológicos cuentan esos fragmentos de contaminación para poder comparar la abundancia relativa de las partículas de los núcleos con los registros históricos. En el caso de Cahoon, vio un pico en los SCP que correspondía al comienzo de la Guerra Civil Estadounidense en 1861. Hubo un pico aún mayor desde alrededor de 1914 en 1918, correspondiente a la Primera Guerra Mundial.

"Fue entonces cuando los trenes, los aviones y los automóviles empezaron a funcionar, y vimos un aumento realmente enorme de los combustibles fósiles, ", dijo. Encontró otro aumento, correspondiente al comienzo de la Segunda Guerra Mundial:más trenes, aviones y automóviles.

Y hubo disminuciones. Cahoon dijo que la primera legislación nacional sobre emisiones de carbono entró en vigor en 1973, registrado en el sedimento del lago Matoaka como una gota de SCP. Otra caída de SCP se registró en 1993, cuando las partículas de carbono en las plantas de energía que queman carbón comenzaron a ser atrapadas en los depuradores de ventilación de humos y depositadas en los vertederos.

Todos esos picos y valles aparecen en otros estudios de núcleos de sedimentos, pero Cahoon dijo que encontró algo más cercano a casa. Algo que no había visto en su extensa revisión de la literatura.

"Encontré un pico a finales del siglo XVIII, que es consistente con la Guerra Revolucionaria y también con el crecimiento de Williamsburg, ", dijo." Nadie más tenía esto en la literatura. Nadie más tenía ningún tipo de colección de partículas de SCP antes de 1830 o más ".

"Empecé a profundizar mucho en el aspecto histórico de esto. Encontré algunas cosas que todos sabemos, "Cahoon dijo." En 1699, Williamsburg se convirtió en la capital de Virginia y estuvo aquí hasta 1780.

"Pero no fue solo el capital político, también fue la capital industrial, ", continuó." Había una gran cantidad de industria sucediendo aquí en Williamsburg. El principal fue el James Anderson Armory ".

La armería de James Anderson, o una versión recreada de ella, está en funcionamiento en Colonial Williamsburg. Cahoon entrevistó a Ken Schwartz, maestro herrero en la instalación, y también tomó muestras de sus fogatas y chimeneas de forja. La Armería de Anderson de principios del siglo XVIII era un lugar de considerable actividad.

"Sabemos que desde 1765 hasta 1780, estaba ejecutando ocho forjas al día durante 18 horas al día, "Ella dijo." Todo carbón ardiendo. Entonces, nos dimos cuenta de que tenemos una historia realmente única sobre el uso de combustibles fósiles mucho antes del inicio de la Revolución Industrial. Ante todas las fábricas. Antes de que llegaran todos los trenes ".

Contaminación de ayer =puntos de datos de hoy

Los contaminantes del pasado son los puntos de datos del presente. El sedimento de archivo del lago Matoaka ha registrado más de SCP. Kaste es profesor asociado en el departamento de geología y actualmente se desempeña como director del Programa de Ciencias y Políticas Ambientales de William &Mary. Explicó que el plomo y el mercurio son subproductos adicionales de la combustión del carbón.

"Entonces, donde tienes SCP, puede esperar tener esos contaminantes de metales pesados; es sorprendente lo cerca que esos datos coinciden con los datos de SCP, " él dijo.

Pero, el mercurio llega al medio ambiente de otras fuentes además de la quema de carbón. Un proyecto estudiantil analizó el mercurio y Kaste dijo que encontraron un pico de mercurio justo antes de 1900. Era una reliquia de la acuñación de la época.

"Hubo mucha extracción de plata en los Estados Unidos entre 1880 y 1890, él dijo. "Cuando extraes plata o plomo, tú eres mía por mercurio accidentalmente, porque están asociados con el mismo tipo de roca. Entonces, cuando haces minería de plata, terminas emitiendo mucho mercurio a la atmósfera ".

La firma química del plomo que cuenta la historia

Como el mercurio el plomo ingresa al medio ambiente a partir de una serie de fuentes más allá de los incendios de carbón. Las partículas de plomo también se producen al fundir plomo, por supuesto. Kaste dijo que los núcleos de sedimentos revelaron un aumento constante en la concentración de plomo de 1700 a 1750, consistente con el crecimiento industrial de Williamsburg en la era colonial.

"Lo interesante es que ves un descenso justo después de la Revolución Estadounidense, ", dijo." Esto es consistente con los registros históricos que sugieren que Williamsburg cayó después de que la capital se trasladó a Richmond ".

Otro pico apareció alrededor de 1860, en consonancia con la cúspide de la industria del plomo de Galena. Kaste explicó que pueden distinguir entre el plomo de una fundición y el plomo de un fuego de carbón u otras fuentes. (El mercurio tiene firmas químicas de diagnóstico similares).

"El plomo tiene diferentes firmas isotópicas, ", dijo." Hay plomo 206, 207, 208. Carbón, por ejemplo, está enriquecido con plomo 207, mientras que la meteorización de los sedimentos se enriquece con otro isótopo ".

Su sofisticado análisis químico también puede revelar la fuente del mineral de plomo fundido. Kaste dijo que el mineral de plomo de la región de Galena tiene una firma química muy distintiva. El cuerpo mineralizado superior del Medio Oeste que alimentaba a las fundiciones de Galena finalmente se extrajo, y Kaste, Balascio y sus estudiantes pudieron rastrear el declive del plomo de Galena en sus núcleos de Matoaka. Pero el plomo volvió.

"Vemos la Segunda Guerra Mundial, un gran salto alrededor de 1942, "Dijo Kaste." Eso será de la minería de plomo asociada con hacer todas las balas para el esfuerzo de guerra. La minería se realizó principalmente en Idaho ".

Después de la guerra, Kaste dijo que hubo una ligera caída, y luego Estados Unidos entró en una era que él llamó "plomo pico".

"En los años 1960, utilizamos plomo en la gasolina. Cada vez que llenaste tu tanque, you put tetraethyl lead in your gas tank, " 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."