Abstract :

OHM territories are concerned by present and past pollutions. Especially potentially harmful trace elements or trace metals (here called PHTE) could have been released through industrial and mining activities in OHM watersheds. Previous OHM projects have shown that human activities have released different PHTE in the watersheds of the OHMs Haut-Vicdessos and Estarreja. For example Pb was dispersed in the environment since the Antiquity and especially during the Middle Ages in the High Vicdessos area. In Estarreja, anthropogenic arsenic and mercury are found in soils and sediments (Inácio et al.,2014).

Unlike in the OHM-Haut Vicdessos, in the other OHM territories, the presence of well-preserved peat and lake records is not clear but the presence of wetlands with organic sediment accumulation is testified. This is the case of the OHM Estarreja with riverbanks and lagoons present in the complex lagoon system draining into the Ria.

Wetlands such as the ones of Estarreja and Haut Vicdessos are intrinsically linked to hydrology, which creates particular physico-chemical conditions that make them different from well-drained terrestrial or fully aquatic deepwater systems. Moreover, the ecological consequences of environmental changes in the watershed are largely dependent on changes in the hydrological regime (such as sea level rise, decreased surface area and fluctuations of ground water levels), as well as on water quality. Therefore, knowledge of background fluxes and concentrations of PHTE are of primordial importance to understand present concentrations and transfers of anthropogenic PHTE. But these transfers of PHTE are also conditioned by more extreme events such as hydrological transfers like floods or droughts that will have a huge impact on the PHTE concentrations released from the soils to the watersheds. It is well known that wetlands exposed to environmental contamination act as sink and sources of PHTE. Soil particles may act as important transporters of environmental pollutants due to the chemical-physical processes that PHTE undergo during cycles of transport and temporary deposition. Thus, the soil-sediment-water system is evolving now as it was in the past. To understand the biogeochemical cycling of the PHTE is therefore crucial for purpose of environmental risk assessment, for retro-observation analysis or for prediction of natural hazards.

But these types of wetlands can provide important archives of past environmental, climate, hydrologic and vegetation changes, For instance, studying the trace elemental composition or isotopic signatures of trace elements within a fish otolith gives insight to the water bodies fish have previously occupied. Climate changes and environmental stresses can be assessed through an understanding of changes in tree growth. Generally, trees respond to changes in environmental variables by speeding up or slowing down growth, which in turn is generally, reflected a greater or lesser thickness in growth rings. Different species, however, respond to changes in environmental variables in different ways.

Given the importance of such an important type of terrestrial environment, we are developing in the High Vicdessos area an innovative approach combining different high resolution environmental archives of past pollution in the watershed: peat and lake records. Whereas peat records are used as archives of pure atmospheric signals, lake sediments record signals from both the atmosphere and the catchment. Combining both archives allow us to decipher the origin of the metals and also the potential lag between atmospheric deposition and transfer to the watershed.

Another major advantage is that this approach gives us insights also on preindustrial and, if old enough, on prehistoric levels of pollution.

There is thus a need to develop new integrative tools and improve the existent ones to understand recent biogeochemical transfers in the critical zone of the territories of the OHM. For that purpose, annual environmental archives like fish otoliths and tree rings can be used to understand recent transfers of PHTE in the environment.

Translated abstract :

Contrairement à l'OHM-Haut Vicdessos, dans les autres territoires de l'OHM, la présence de tourbières et de lacs bien préservés n'est pas évidente mais la présence de zones humides avec accumulation de sédiments organiques est attestée. C'est le cas de l'OHM Estarreja avec des berges et des lagunes présentes dans le système complexe de lagunes se déversant dans la Ria. Les zones humides telles que celles d'Estarreja et du Haut Vicdessos sont intrinsèquement liées à l'hydrologie, qui crée des conditions physico-chimiques particulières qui les différencient des systèmes terrestres bien drainés ou des systèmes d'eau profonde entièrement aquatiques. De plus, les conséquences écologiques des changements environnementaux dans le bassin versant dépendent largement des modifications du régime hydrologique (telles que l'élévation du niveau de la mer, la diminution de la surface et les fluctuations du niveau des eaux souterraines), ainsi que de la qualité de l'eau. La connaissance des flux de fond et des concentrations de PHTE (Élément trace potentiellement dangereux / potentially harmful trace elements or trace metals (called PHTE)) est donc primordiale pour comprendre les concentrations et les transferts actuels de PHTE anthropiques. Mais ces transferts de PHTE sont également conditionnés par des événements plus extrêmes tels que les transferts hydrologiques comme les inondations ou les sécheresses qui auront un impact énorme sur les concentrations de PHTE libérées des sols vers les bassins versants. Il est bien connu que les zones humides exposées à la contamination environnementale agissent comme des puits et des sources de PHTE. Les particules du sol peuvent agir comme d'importants transporteurs de polluants environnementaux en raison des processus chimiques et physiques que les PHTE subissent pendant les cycles de transport et de dépôt temporaire. Ainsi, le système sol-sédiment-eau évolue aujourd'hui comme il l'a fait dans le passé. Comprendre le cycle biogéochimique des PHTE est donc crucial pour l'évaluation des risques environnementaux, pour l'analyse de rétro-observation ou pour la prédiction des risques naturels. Mais ces types de zones humides peuvent fournir des archives importantes sur les changements environnementaux, climatiques, hydrologiques et végétaux passés. Par exemple, l'étude de la composition en éléments traces ou des signatures isotopiques des éléments traces dans un otolithe de poisson donne un aperçu des plans d'eau que les poissons ont précédemment occupés. Les changements climatiques et les stress environnementaux peuvent être évalués par la compréhension des changements dans la croissance des arbres. En général, les arbres réagissent aux changements des variables environnementales en accélérant ou en ralentissant leur croissance, ce qui se traduit généralement par une plus ou moins grande épaisseur des cercles de croissance. Cependant, les différentes espèces répondent aux changements des variables environnementales de manière différente. Compte tenu de l'importance d'un tel type d'environnement terrestre, nous développons dans la zone du Haut Vicdessos une approche innovante combinant différentes archives environnementales à haute résolution de la pollution passée dans le bassin versant : les enregistrements tourbeux et lacustres. Alors que les enregistrements de tourbe sont utilisés comme archives de signaux purement atmosphériques, les sédiments lacustres enregistrent des signaux provenant à la fois de l'atmosphère et du bassin versant. La combinaison des deux archives nous permet de déchiffrer l'origine des métaux et également le décalage potentiel entre le dépôt atmosphérique et le transfert vers le bassin versant. Un autre avantage majeur est que cette approche nous donne également un aperçu des niveaux de pollution préindustriels et, s'ils sont suffisamment anciens, préhistoriques. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux outils intégratifs et d'améliorer les outils existants pour comprendre les transferts biogéochimiques récents dans la zone critique des territoires de l'OHM. Pour cela, les archives environnementales annuelles comme les otolithes de poissons et les cernes des arbres peuvent être utilisées pour comprendre les transferts récents de PHTE dans l'environnement.