Bathymetry and Sediment Geochemistry of Lake Hazen (Quttinirpaaq National Park, Ellesmere Island, Nunavut)

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Köck, G., Muir, D., Yang, F., Wang, X., Talbot, C., Gantner, N., Moser, D.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2012
• Subjects: bathymetry; sediment; metals; depth sounding; lake volume; water residence time; radiometric; dating; bathymétrie; sédiment; métaux; mesure des profondeurs; volume lacustre; temps de séjour de l’eau; radiométrique; datation; Arctic; Canada; Ellesmere Island; Lake Hazen; Nunavut; Quttinirpaaq National Park
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/67212

Arctic lakes can provide a long-term perspective on environmental change, including trends in long-range atmospheric transport and deposition of contaminants, inferred from studies of sediment cores. In this study, we conducted the first detailed bathymetric survey of Lake Hazen (Quttinirpaaq National Park, Ellesmere Island, Nunavut), the world’s largest lake north of 74˚ latitude. With these data we were able to determine optimal locations for sediment coring and to collect and analyze profundal sediment cores. A bathymetric map of Lake Hazen was developed on the basis of 362 spot soundings obtained with GPS-coupled sounding equipment placed directly on the ice combined with additional soundings from a small boat. The deepest point in the lake (81˚49.5ʹ N; 70˚42.8ʹ W) was found to be 267 m deep. The lake volume was estimated to be 5.14 × 1010 m3, about 10% larger than previous estimates. Using estimates of the discharge of Lake Hazen from the Water Survey of Canada, we estimated the water retention time to be 89 years. Sediment cores were dated using 210Pb and 137Cs. Sedimentation rates at the deep point, estimated using the Constant Rate of Supply model for excess 210Pb, were relatively high (1260 g m-2yr-1) in the period 2005 – 1963 and lower (650 ± 100 g m-2yr-1) in horizons dated to 1950 – 1880. The majority of elements measured in sediment (24 of 29 consistently above detection limits), as well as organic carbon, showed less than 20% variation in concentrations in the top 10 cm (compacted depth), which represent deposition over approximately 140 years. Geochemical characteristics of the sediment suggest that erosional inputs from annual glacial melting are the major source of essentially all elements and that anthropogenic inputs from long-range transport of toxic metals such as mercury and lead are very low. Les lacs de l’Arctique peuvent fournir une perspective à long terme en matière de changement environnemental, notamment en ce qui a trait aux tendances relatives au transport atmosphérique et au dépôt de contaminants sur de longues périodes, tendances inférées à partir d’études de carottes de sédiments. Dans le cadre de la présente étude, nous avons effectué le premier levé bathymétrique détaillé du lac Hazen (parc national Quttinirpaaq, île d’Ellesmere, Nunavut), le plus grand lac de la planète situé au nord de 74˚ de latitude. Grâce aux données prélevées, nous avons réussi à déterminer les meilleurs emplacements pour le prélèvement de carottes de sédiments de même que pour la collecte et l’analyse de carottes de sédiments profonds. Une carte bathymétrique du lac Hazen a été dressée en fonction de 362 sondages obtenus au moyen de matériel d’appareils phoniques dotés de GPS placés directement sur la glace et supplémentés par des sondages recueillis à partir d’un petit bateau. Le point le plus profond du lac (81˚49,5ʹ N; 70˚42,8ʹ O) a été trouvé à 267 m de profondeur. Le volume du lac a été évalué à 5,14 × 1010 m3, soit 10 % de plus que les évaluations précédentes. À l’aide d’estimations du déversement du lac Hazen obtenues auprès de la Division des relevés hydrologiques du Canada, nous avons évalué que la durée de rétention de l’eau était de 89 ans. La datation des carottes de sédiments a été faite à l’aide de 210Pb et de 137Cs. Les taux de sédimentation au point profond, estimés en s’appuyant sur le modèle CRS (Constant Rate of Supply) pour l’excédent 210Pb, étaient relativement élevés (1260 g m-2an-1) pour la période allant de 2005 à 1963, et moins élevés (650 ± 100 g m-2an-1) pour la période de 1950 à 1880. La majorité des éléments mesurés dans les sédiments (24 sur 29 étaient uniformément au-dessus des seuils de détection) ainsi que dans le carbone organique ont produit une variation de concentrations de moins de 20 % dans les 10 cm supérieurs (profondeur compactée), ce qui représente des dépôts s’échelonnant sur environ 140 ans. Les caractéristiques géochimiques des sédiments laissent présumer que les matières d’érosion découlant de la fonte glaciaire annuelle constituent la source principale de sensiblement tous les éléments, et que les matières anthropiques provenant du transport à grande distance de métaux toxiques, tels que le mercure et le plomb, sont très faibles.