A Systems Analysis of Trace Element Cycling in the Great Lakes
Notice bibliographique
Résumé
The Great Lakes are a globally unique freshwater resource, comprising six lakes (Ontario, Erie, Huron, Superior, Michigan, Lake St. Clair) containing 20% of global surface freshwater resources. The region is known for manufacturing and agriculture; anthropogenic waste steams (industrial effluents, agriculture runoff) impact occurrence patterns and natural cycles of various chemical elements, however current baseline concentrations remain unknown and biogeochemical controls underlying their sources, mobility, and fate remain unknown. This thesis utilizes an environmental systems approach to investigate three topics: 1) accumulation dynamics in trace element loads across the hydrological components of the Great Lakes system, 2) investigating the Great Lakes system as a ‘black-box‘ system for analyzing conservative and more biogeochemically reactive element budgets, and 3) anthropogenic controls on trace element budgets via geospatial and speciation analysis. Quantitative long-term mass-balances were constructed for a selection of important metals (Ni, Cu, Zn, Pb) and conservative elements (Na, Cl), the latter of which achieved >90% closure. Dynamic simulations and potential element sources/sinks were assessed, and historical water quality trends reproduced. Future water quality trends were simulated to year 2100 under varying environmental scenarios, and differing degrees of accumulation or reduction were observed. Novel trace element data was subsequently interpreted using mass-balance assessments. Different trace elements displayed significant accumulation upstream-to downstream, however trace elements Li, As, Se, V, Cr, Ce, and Gd displayed varying patterns of accumulation. These elements displayed differing sources and transport: connecting channels dominate trace elements budgets of the lower lakes, whereas atmospheric inputs are significant in the upper lakes. Spatial heterogeneity in trace element concentrations was observed, and speciation analysis revealed consistent proportions of trace element species upstream-to-downstream. Overall trace elements dynamics across the basin are spatiotemporally variable, accumulation patterns vary between elemental groups, and elemental controls differ in the upper versus lower lakes. The ‘black-box’ methodology proved effective for determining quantitative mass-balance dynamics for conservative trace elements, and high uncertainty in concentrations for other trace elements produced higher spatiotemporally variability and mass-imbalances. As such, further long-term basin-scale monitoring is required to properly constrain the relative magnitudes of the factors affecting these trace element budgets (e.g., tributaries, sedimentation).
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».