Evolution temporelle de douze métaux (V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Ag, Cd, Ba, Pb, Bi et U) et des isotopes du plomb dans les neiges de la terre de Coats (Antarctique) depuis les années 1830

Abstract

This work shows that it is now possible to get reliable data on the occurrence of numerous heavy metals at ultra low levels in Antarctic snow, by combining ultra clean field sampling and laboratory subsampling procedures and the use of ultra sensitive analytical techniques such as ICP-SFMS and TIMS. It has allowed us to determine concentrations of twelve metals (V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Ag, Cd, Ba, Pb, Bi et D) and lead isotopic composition in the ultra clean series of snow samples collected at Coats Land, in the Atlantic sector of Antarctica. This work presents a 150 years record of metal inputs from natural and anthropogenic sources to Antarctica from the 1830's to the early 1990's. Lead atmospheric pollution begins as early as the end of the 19th century, peaks during the 1970's-1980's and then faIls sharply during recent decades. Evolution in lead isotopic abundance shows that Pb inputs to Antarctica reflect a complex blend of contributions originating from the Southern part of South America and Australia. For Cr, Cu, Zn, Ag, Bi and D, concentrations in the snow show significant increases from 1950 to 1980. These enhancements which cannot be explained by variations in natural inputs, illustrate that atmospheric pollution for heavy metals linked with anthropogenic activities in the Southern Hemisphere countries such as for example ferrous and non-ferrous metal mining and smelting is really global. Study of the time period 1920-1990, has allowed us to detail short-term (intra and inter annual) heavy metals concentration's changes. The large short-term variability, observed in Coats Land snow, shows the complex patterns of metal inputs to Antarctica, associated for instance to changes in long-range transport processes from mid-latitude to polar zone and to variability in the different natural sources, such local volcanic activity, sea-salt spray or crustal dust inputs.Ce travail nous a permis de montrer qu'il était maintenant possible de déterminer de manière fiable de nombreux éléments métalliques dans les neiges Antarctiques à des niveaux de concentration extrêmement bas, en combinant des techniques de prélèvement ultra propres sur le terrain, des méthodes de préparation d'échantillon adaptées et des techniques d'analyse ultra sensibles comme l'ICP-SFMS ou la spectrométrie de masse à ionisation thermique. C'est ainsi que nous avons pu déterminer les concentrations de douze métaux (V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Ag, Cd, Ba, Pb, Bi et U) et l'abondance isotopique du plomb dans l'excellente série d'échantillons prélevée en Terre de Coats, dans le secteur Atlantique du continent Antarctique. Les résultats obtenus nous ont permis de reconstituer l'évolution des apports naturels et anthropiques de métaux vers l'Antarctique, depuis les années 1830 jusqu'au début des années 1990. Ainsi pour Pb, la pollution commence dès la fin du 19ème Siècle, elle atteint son paroxysme aux alentours des années 1970-1980 pour redescendre ensuite au cours des décennies récentes. L'évolution des rapports isotopiques montre que les apports de plomb sont le résultat d'un mélange complexe de différentes contributions, provenant des pays d'Amérique du Sud et de l'Australie. Pour Cr, Cu, Zn, Ag, Bi et U, les concentrations dans la neige augmentent significativement à partir des années 1950. Cette évolution qui ne peut s'expliquer par des variations naturelles, démontre que la pollution atmosphérique pour ces métaux, en relation avec les activités anthropiques dans les pays de l'Hémisphère Sud comme par exemple la production des métaux ferreux et non-ferreux, a pris une ampleur globale. Une étude de la période 1920-1990, a permis de détailler l'évolution des concentrations en métaux, à l'échelle intra et inter annuelle. Les fortes variations enregistrées à Coats Land montrent que les apports de métaux sont complexes, associés aux processus de transport des moyennes latitudes vers la zone polaire mais aussi à la variabilité des différentes sources naturelles, comme le volcanisme local, les embruns marins ou les flux de poussières crustales