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Tracking fresh water and contaminants in the Arctic Ocean


Posted by in The Polar Blog on Friday, December 19, 2014



Arctic Ocean. (Photo: Collection of Dr. Pablo Clemente-Colon, Chief Scientist National Ice Center)

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How do contaminants such as flame retardants and mercury make their way into the Arctic Ocean food chain? This question is crucial to northern people who depend on marine mammals for part of their diet. Robie Macdonald, a marine geochemist with Fisheries and Oceans Canada and one of the world’s leading experts in the field, says that one of the clues to solving the puzzle is fresh water, and a second is the organic carbon cycle. Both are key to sustaining life.

To understand how contaminants get into the Arctic Ocean and enter the tissues of animals, says Macdonald, you need to know how the ocean’s environment works. “You have to look at the Arctic Ocean as a whole — ice, currents, production and destruction of organic carbon and, of course, the food web that leads ultimately to iconic animals such as polar bears. All of this forms the connective tissue that links contaminants from deposition to emergence at levels of concern in top predators.”

What’s the main thing that makes the Arctic Ocean different from other oceans? “Most people will say ice,” says Macdonald. “But the ice in the Arctic Ocean is like a magician’s right hand — the one he wants you to watch. The hidden things, which make his trick work, are in his left hand. For the Arctic Ocean, that’s fresh water. Fresh water is the reason the Arctic Ocean freezes.”

Fresh water is constantly pouring into the Arctic Ocean from the many rivers that drain the Arctic landscape. This stratifies the surface water of the Arctic Ocean, producing a low-density surface layer that is isolated from the heat in the deeper ocean, enabling it to freeze.

All that fresh water carries material from the land and deposits it in the ocean. “The Arctic Ocean is heavily influenced by what is happening on land,” says Macdonald. “Much of the change in the Arctic Ocean originates there. When permafrost thaws or vegetation changes, rivers bring different materials into the ocean.” Rivers can also carry contaminants which were transported by wind from distant industrial sites before settling onto the ground, later to be washed into a watercourse. The same stratification that enables the ocean’s surface to freeze also prevents surface water from mixing with deeper water. This limits primary production — the growth of the plants at the bottom of the food chain — which in turn facilitates the entry of contaminants into the ocean’s food webs.

Macdonald and other researchers use stable isotopes to distinguish the sources of fresh water in the Arctic Ocean in order to shed light on the pathways contaminants take before entering the ocean and where they concentrate once they arrive.

Macdonald’s research, as part of Aboriginal Affairs and Northern Development Canada’s Northern Contaminants Program, contributed to Canada’s successful international efforts to curb the release of persistent organic pollutants such as PCBs. For the future, he says, more and better information — especially from long-term environmental monitoring — is crucial to understanding how contaminants behave in a changing Arctic Ocean. He draws inspiration from the citizens of the North. “The people most affected by change in the Arctic are those who live there”, says Macdonald. “Future generations will have to deal with change: we need to leave them the tools to deal with it.”

Robie Macdonald is the 2014 laureate of the Canadian Polar Commission’s Northern Science Award, which recognises a significant contribution to knowledge and understanding of the Canadian North and the transformation of knowledge into action.


This is the latest in a continuing blog series on polar issues and research presented by Canadian Geographic in partnership with the Canadian Polar Commission. The polar blog will appear online every two weeks at cangeo.ca/blog/polarblog, and select blog posts will be featured in upcoming issues. For more information on the Canadian Polar Commission, visit polarcom.gc.ca.



 

Suivi de l’eau fraîche et des polluants dans l’océan Arctique

Océan Arctique. (Photo: Collection du Dr Pablo Clemente -Colon , scientifique en chef National Ice Center)

Comment des polluants comme des ignifugeants et du mercure parviennent-ils dans la chaîne alimentaire de l’océan Arctique? C’est une question cruciale pour les gens du Nord, qui dépendent des mammifères marins pour une partie importante de leur alimentation. Robie Macdonald, géochimiste marin de Pêches et Océans Canada et l’un des plus grands experts mondiaux de cette question, affirme que l’eau douce est l’un des indices qui permettront de résoudre le mystère, l’autre étant le cycle du carbone organique. Les deux sont des éléments essentiels au maintien de la vie.

Pour comprendre comment les polluants se rendent dans l’océan Arctique et pénètrent dans les tissus animaux, explique Macdonald, il faut comprendre le fonctionnement de l’environnement marin. « Vous devez considérer l’océan Arctique comme un tout — la glace, les courants, la production et la destruction du carbone organique et bien sûr le réseau alimentaire qui conduit éventuellement vers des animaux symboliques comme l’ours polaire. Tous ces éléments forment la trame qui lie les polluants depuis le dépôt jusqu’à leur émergence à des niveaux préoccupants chez les prédateurs de niveau trophique supérieur. »

Quel est l’aspect principal qui distingue l’Arctique des autres océans? « La plupart des gens répondront que c’est la glace », dit Macdonald. « Mais la glace de l’Arctique est comme la main droite du magicien — celle qu’il veut que vous regardiez. Les éléments cachés, qui font que le tour de magie fonctionne, viennent de la main gauche. Dans le cas de l’océan Arctique, c’est l’eau douce. L’eau douce est la raison pour laquelle l’océan Arctique gèle. »

L’eau douce entre continuellement dans l’océan Arctique à partir des nombreux fleuves qui drainent le paysage arctique. Cette arrivée d’eau douce stratifie les couches supérieures de l’océan Arctique, produisant une couche de surface de densité plus faible et isolée de la chaleur des profondeurs, ce qui lui permet de geler.

Toute cette eau douce transporte des matières arrachées au sol et les dépose dans l’océan. « L’océan Arctique est fortement influencé par ce qui se passe sur la terre ferme », dit Macdonald. « Une grande partie des changements qui marquent l’océan Arctique en proviennent. Lorsque le pergélisol fond ou que la végétation change, les fleuves transportent des matières différentes vers l’océan. » Les fleuves peuvent aussi transporter des polluants apportés par le vent depuis des sites industriels éloignés avant de se déposer au sol et d’être éventuellement charriés vers un cours d’eau. La même stratification qui permet à l’océan de geler empêche les eaux de surface de se mêler aux eaux plus profondes. Cette situation limite la production primaire — la croissance des plantes qui occupent le bas de la chaîne alimentaire — et facilite l’entrée des polluants dans les réseaux alimentaires océaniques.

Macdonald et d’autres chercheurs utilisent des isotopes stables pour distinguer les différentes sources d’eau douce dans l’océan Arctique, afin de faire la lumière sur les avenues utilisées par les polluants avant d’arriver dans l’océan et les lieux où ils se concentrent une fois qu’ils y sont entrés.

Les recherches menées par Macdonald dans le cadre du Programme de lutte contre les contaminants dans le Nord du ministère des Affaires autochtones et du Développement du Nord Canada ont grandement contribué au succès des efforts du Canada à l’échelle internationale pour limiter les rejets de polluants organiques persistants comme les BPC. Pour l’avenir, dit-il, il sera essentiel de disposer de plus d’information de meilleure qualité — notamment à partir des programmes de surveillance à long terme — pour comprendre comment se comportent les polluants dans un océan Arctique en évolution. Il prend son inspiration chez les gens du Nord. « Les gens qui sont les plus touchés par les changements dans l’Arctique sont ceux qui y vivent », dit Macdonald. « Les générations futures devront composer avec le changement : nous devons leur fournir les outils pour y faire face. »

Robie Macdonald est le lauréat 2014 du Prix de la recherche scientifique sur le Nord, décerné par la Commission canadienne des affaires polaires afin de souligner une contribution importante à l’amélioration de la connaissance et de la compréhension du Nord canadien et à la transformation des connaissances en actions.


Voici le plus récent billet d’un blogue sur les questions polaires et la recherche connexe présenté par Canadian Geographic en partenariat avec la Commission canadienne des affaires polaires. Le Blogue polaire sera affiché en ligne toutes les deux semaines à cangeo.ca/blog/polarblog et certains billets seront publiés dans de prochains numéros du magazine. Pour de plus amples renseignements sur la CCAP, veuillez visiter polarcom.gc.ca.




  Comments (1)

Gone through the blog excellent writing
The arctic ocean completely freezes in the winter & it also show the climatic changes that are taking place over there.
For more information visit at polar oceans survey

Submitted by Earthobservation on Friday, February 19, 2016

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