Volume 34, Number 3, Fall 1998

EN:

The Stirling Zn-Pb-Cu mine, located at Stirling in Richmond County, Cape Breton Island, was active between 1935 and 1938, and 1952 and 1956, when one million tons of ore were produced grading 6.21% Zn, 1.48% Pb, and 0.73% Cu. During the first period, 180 0001 of tailings were discharged directly into Strachans Brook, whereas in the 1950s the tailings, totalling 800 0001, were impounded. Since that time there has been ongoing erosion and downstream dispersion of tailings. The purpose of this study was to quantify this dispersion, to determine the effectiveness of neutralization of acid generation in the tailings, and to evaluate levels of downstream contamination.

Downstream sediments in Strachans Brook have mean metal enrichments of 70x Zn, Pb and Cu, 35x Cd, As, and Ag, 20x Au, and lOx Mn, compared to upstream sediments. Close physical and geochemical similarities between tailings and downstream sediments indicate a severe level of downstream contamination.

Runoff from the tailings is pH-neutral, strongly enriched in sulphate, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn and Cu, and slightly enriched in Cd, As, Sb, Se, Co, Ni, V, and Cr. However, downstream water is less acidic than upstream water and is slightly enriched only in Ca, Mg, Mn, and Zn. Dispersion of metals in solution is minimized due to effective neutralization by dolomite of acid generation within the tailings, and its impact on the downstream environment is reduced by upstream dilution of the effluent from the tailings.

FR:

La mine de Zn-Pb-Cu Stirling situee a Stirling comte de Richmond, dans File du Cap-Breton, a ete en activite entre 1935 et 1938 puis entre 1952 et 1956. On y a produit un million de tonnes de minerai d'une teneur de 6,21 % de Zn, 1,48 % de Pb et 0,73 % de Cu. Au cours de la premiere periode, 180 000 t de residus ont ete rejetees directement dans le ruisseau Strachans, alors que dans les annees cinquante, on a accumule une quantity totale de 800 000 t de residus dans un bassin prevu a cette fin. On a depuis lors assiste a une erosion permanente et a une dispersion en aval des residus. Cette etude visait a quantifier cette dispersion, a determiner l'efficacite de la neutralisation de 1'effluent acide produit dans les residus et a evaluer les niveaux de contamination en aval.

Les sediments en aval du ruisseau Strachans presentent, comparau vement aux sediments d'amont, des enrichissements moyens en metaux de 70 fois superieurs dans le cas du Zn, du Pb et du Cu, de 35 fois superieurs dans le cas du Cd, de l'As et de 1'Ag, de 20 fois superieurs dans le cas de l'Au et equivalant au decuple dans le cas du Mn. Les similarity g£ochimiques et g£ophysiques £troites entre les residus et les sediments d'aval r£v£lent un degr£ prononce de contamination en aval.

Le ruissellement des residus affiche un pH neutre fortement enrichi en sulfate, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn et Cu, en mSme temps que legerement enrichi en Cd, As, Sb, Se, Co, Ni, V et Cr. L'eau d'aval est toutefois moins acide que l'eau d'amont et elle est legerement enrichie en Ca, Mg, Mn et Zn seulement. La dispersion des metaux en solution est reduite en raison de la neutralisation efficace de l'acide produit parmi les residus par la dolomie et son incidence sur l'environnement en aval est attenuee par la dilution d'amont de Feffluent des residus.

Traduit par la redaction

EN:

The Magnet Cove Mine, located near Walton in Hants County, Nova Scotia, produced a total of 4 Mt barite and 0.36 Mt of Cu-Pb-Zn-Ag sulphide ore between 1941 and 1978. Currently, primary dispersion of heavy metals from the mine site is by small-scale physical transport of tailings and flocculants into Rainy Cove Brook. Evidence from aerial photographs (1945-1992) indicates that much larger scale dispersion occurred during the life of the mine. Sediment samples collected from the tailings impoundments and local streams, and analysed by AAS and by and combination of ICP and INAA methods, show that downstream sediments are geochemically almost indistinguishable from tailings. Both are moderately to highly anomalous in Ba, Mn, Cu, Pb, and Zn, and in the associated trace metals Ag, As, Sb, Co, and Ni. Mean metal enrichments of downstream over upstream sediments are about Sx for Cu, Pb, and Zn, lOx for Mn, and up to 40x for Ba. Water samples from upstream, downstream, and on-site locations were analysed by ICP-MS and show that Rainy Cove Brook is contaminated by open-pit and on-site water. The open-pit water shows strong enrichment in TDS (total dissolved solids), and also in Se, As, Co, Ni, Cr, V, and U. In contrast, downstream water is moderately enriched in TDS, and slightly enriched only in As, Th, and U. Mixing of pit water with slightly more acidic waters from on-site and upstream tributaries apparently triggers precipitation of Fe-Mn hydroxides which reduce (probably by adsorption) concentrations of heavy metals in solution. Other factors which have contributed to natural amelioration include the stabilisation of the flood plain of Rainy Cove Brook and its reversion to a wetland since closure of the mine.

FR:

La mine Magnet Cove, situee pres de Walton, comte de Hants, Nouvelle-Ecosse, a produit au total 4 mt de barytine et 0,36 mt de minerai sulfure de Cu-Pb-Zn-Ag entre 1941 et 1978. La dispersion des metaux communs depuis l'emplacement de la mine s'effectue aujourd'hui essentiellement par transport physique des residus et des floculants dans le ruisseau Rainy Cove. Les indications que procurent les photographies aeriennes (1945-1992) demontrent qu'une dispersion a une echelle beaucoup plus vaste s'est produite au cours de la duree de vie de la mine. Des echantillons de sediments preleves des bassins d'accumulation de residus et des cours d'eau locaux qu'on a analyses par spectrometrie d'absorption atomique, en combinaison avec des methodes d'emission de plasma induit / d*analyse instrumentale par emission neutronique, revelent qu'on ne peut pas distinguer les sediments d'aval des residus sur le plan g£ochimique. Les deux types d'etements possedent des teneurs anomales, de moyennes a elevtes, en Ba, Mn, Cu, Pb et Zn, de mfime qu'en mltaux-traces connexes, notamment en Ag, As, Sb, Co et Ni. Les enrichissements moyens en metaux en aval correspondent, par rapport a l'apport en amont, au quintuple dans le cas du Cu, du Pb et du Zn, au decuple dans le cas du Mn, et ils sont jusqu'a 40 fois superieurs dans le cas du Ba. On a analyse des echantillons d'eau d'amont, d'aval et de divers points locaux par spectrometrie de masse par emission de plasma induit par haute frequence, et ceux-ci ont reVele' que le ruisseau Rainy Cove est containing par les eaux de surface et les eaux locales. L'eau de surface affiche un enrichissement prononce en matieres totales dissoutes (TSD) ainsi qu'en Se, As, Co, Ni, Cr, V et U. Par contraste, l'eau d'aval est moderement enrichie en TSD et legerement enrichie en As, Th et U seulement. Le melange de l'eau de surface avec les eaux legerement plus acides des affluents locaux et de ceux d'amont semble provoquer une precipitation d'hydroxydes de Fe-Mn qui re^uisent (probablement par adsorption) les concentrations de metaux lourds dans la solution. Les autres facteurs qui ont contribue a l'amelioration naturelle comprennent la stabilisation du perimetre d'inondation du ruisseau Rainy Cove et sa reversion a l'etat de terre humide depuis la fermeture de la mine.

Traduit par la redaction

EN:

Elderkin Brook and Mill Brook are tributaries of the Cornwallis River and were investigated with the intent of understanding the geological conditions that could influence both habitat quality and river restoration efforts. The Cornwallis River and its tributaries have been the focus of restoration efforts in an attempt to re-establish brook trout (Sahelinus fontinalis) and Atlantic salmon (Salmo salar) populations. Both tributaries are relatively short, high-gradient headwater streams that are ungraded along much of their length.

Data from Elderkin Brook indicate that pyrite-rich slate of the Kentville and Halifax formations that dominate the watershed geology do not govern the pH of the river discharge. The carbonaceous New Canaan Formation buffers regional groundwater and has resulted in elevated pH levels (7.S-8.0). Springs in the ungraded portion of Elderkin Brook introduce slightly acidic iron-rich groundwater into the system and, upon contact with the alkaline discharge, have produced sporadic masses of flocculated ferric hydroxide (Fe(OH))). Along the upper reaches of Mill Brook, iron-rich acidic groundwater (pH S.O-S.S) originating from the Kentville Formation influences the chemistry of the river discharge during low-flow conditions. However, groundwater input from the porous, calcareous-cemented Wolfville Formation that underlies the lower portion of Mill Brook has resulted in locally elevated pH levels (6.0-6.5) and the precipitation of extensive Fe(OH)5 deposits.

In both Elderkin Brook and Mill Brook, the precipitation, deposition and preservation of ferric hydroxide is controlled by regional and local, geological and hydrogeological conditions. During the winter and spring, increased discharge and dilution of the groundwater chemistry by precipitation keep iron in either solution or suspension. During low-flow periods (primarily in the fall) flocculated ferric hydroxide accumulations develop coincident with the spawning of both fish species. These conditions result in both temporally and spatially constrained habitat degradation that may be difficult to recognise using the habitat evaluation techniques that are presently being employed by river management groups.

FR:

Le ruisseau Elderkin et le ruisseau Mill sont des affluents de la riviere Cornwallis; on les a etudies dans le but de comprendre les conditions geologiques qui pourraient influer tant sur la qualite de l'habitat que sur les efforts de remise en etat de la riviere. La riviere Cornwallis et ses affluents ont fait l'objet de travaux de remise en etat visant a retablir les populations d'ombles de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de saumons atlantiques (Salmo salar). Les deux affluents sont des cours d'eau d'amont relativement peu etendus a forte declivite et au lit accidente sur une bonne partie de leur longueur.

Les donnees provenant du ruisseau Elderkin revelent que l'ardoise riche en pyrite des formations de Kentville et d'Halifax qui predomine dans la structure geologique du bassin versant ne regit pas le pH du debit fluviatile. La Formation carbonee de New Canaan tamponne l'eau souterraine de la region et elle a entraine des pH eleves (7,5-8,0). Les sources qui coulent dans la partie accidentee du ruisseau Elderkin introduisent de l'eau souterraine riche en fer legerement acide dans le rescau et elles ont, au contact avec l'ecoulement alcalin, produit des masses sporadiques d'hydroxy de ferrique [Fe(OH))] flocule. Le long des sections superieures du ruisseau Mill, l'eau souterraine acide riche en fer (pH de 5,0-5,5) en provenance de la Formation de Kentville influence la composition chimique du debit fluviatile a l'etiage. L'apport d'eau souterraine de la Formation a ciment calcaire poreux de Wolfville sous-jacente a la partie inferieure du ruisseau Mill a entraine des pH localement eleves (6,0-6,5) et la precipitation de vastes depots de Fe(OH),

Dans les ruisseaux Elderkin et Mill, la precipitation, la sedimentation et la conservation de l'hydroxyde ferrique sont fonction des conditions geologiques et hydrogeologiques regionales et locales. En hiver et au printemps, l'ecoulement accru d'eau souterraine et la dilution de sa composition chimique due a la precipitation maintient du fer en place en solution ou en suspension. Pendant les periodes d'etiage (surtout l'automne), l'hydroxyde ferrique flocule s'accumule au moment de la periode de frayage des deux especes de poissons. Ces conditions entrainent une degradation de l'habitat qui est soumis a des contraintes temporelles et spatiales qu'il pourrait etre difficile de caractenser au moyen des techniques devaluation de l'habitat presentement employees par les groupes de gestion des rivieres.

Traduit par la redaction Geology 194 (1998)

EN:

Vigorous quasi-equilibrium conditions characterize interactions between land and sea in macrotidal regions. Ephemeral on the scale of geologic time, estuaries around the Bay of Fundy progressively infill with sediments as eustatic sea level rises, forcing fringing salt marshes to form and reform at successively higher levels. Although closely linked to a regime of tides with large amplitude and strong tidal currents, salt marshes near the Bay of Fundy rarely experience overflow. Built up to a level about 1.2 m lower than the highest astronomical tide, only very large tides are able to cover the marshes with a significant depth of water. Peak tides arrive in sets at periods of 7 months, 4. S3 years and 18.03 years. Consequently, for months on end, no tidal flooding of the marshes occurs. Most salt marshes are raised to the level of the average tide of the 18-year cycle. The number of tides that can exceed a certain elevation in any given year depends on whether the three main tide-generating factors peak at the same time. Marigrams constructed for the Shubenacadie and Cornwallis river estuaries, Nova Scotia, illustrate how the estuarine tidal wave is reshaped over its course, to form bores, and varies in its sediment-carrying and erosional capacity as a result of changing water-surface gradients. Changing seasons bring about dramatic changes in the character of the estuaries, especially so as ice conditions develop during the second half of the 206-day (7-month) cycle when the difference in height between neap tide and spring tide is increasing, the optimal time for overflow in any season. Maximum ice hazard, including build-up of "ice walls" in Fundy estuaries, occurs one or two months before perigean and spring tides combine to form the largest tide of the cycle. Although "ice walls" and associated phenomena pose hazards for man-made constructions, important natural purposes are served which need to be considered in coastal development and management schemes.

FR:

Les interactions entre la terre et la mer dans les regions macrotidales sont caracterisees par de vigoureuses conditions de quasi-equilibre. Les estuaires, ephemeres 41'echelle stratigraphique, de la region de la baie de Fundy se sont progressivement remplis de sediments au fur et a mesure que s'est eleve le niveau eustatique de la mer, for;ant la formation et la reformation de marais sales en bordure a des niveaux successivement plus eleves. Meme si les marais sales voisins de la baie de Fundy sont intimement relies a un regime de marees de grande amplitude et a des courants de maree puissants, ils debordent rarement. Crees a un niveau d'environ 1,2 m au-dessous de la maree astronomique la plus elevee, seules les marees tres importantes peuvent recouvrir les marais d'une nappe d'eau de profondeur substantielle. Les marees de pointe surviennent regroupees 4 des interval les de sept mois, 4,53 ans et 18,03 ans. Par consequent, aucune inondation des marais ne se produit pendant plusieurs mois de suite. La majorite des marais sales se sont eleves au niveau des marees moyennes du cycle de 18 ans. Le nombre de marees pouvant depasser une certaine altitude au cours d'une annee donnee depend de la simultaneity de manifestation des trois principaux facteurs de production des marees. Les maregrammes constants dans les estuaires des rivieres Shubenacadie et Cornwallis, en Nouvelle-Ecosse, illustrent de quelle fa?on les flots de maree estuariens sont remodeles tout au long de lew parcours pour former des mascarets et dans quelle mesure varie lew capacite d'erosion et de transport de sediments par suite de la modification de la declivite en surface des eaux. Les changements de saisons modifient de facon spectaculaire le caractere des estuaires, plus particulierement lors de 1'apparition d'une concentration de glaces au cours de la deuxieme moitie du cycle de 206 jours (sept mois) lorsque la difference de hauteur entre la maree de morte-eau et la maree de vive-eau augmente, c.-a-d. la periode qui represente le moment le plus propice 4 un debordement en n'importe quelle saison. Les pires dangers poses par les glaces, notamment la formation des " murs de glace " dans les estuaires de Fundy, surviennent un ou deux mois avant que les marees de perigee et de vive-eau se combinent pour former la maree la plus importante du cycle. Meme si les " murs de glace " et les phenomenes connexes posent des dangers aux ouvrages construits, ces marees jouent un rdle naturel primordial dont il faut tenir compte dans les plans d'amenagement et de developpement cdtiers.

Traduit par la redaction

EN:

Construction activities have exposed sulphide-bearing slates of the Halifax Formation in southern mainland Nova Scotia. Under atmospheric conditions the sulphides break down and cause acid rock drainage (ARD) which adversely affects local ecosystems. These effects have been a major problem at the Halifax International Airport, causing fish kills and the expenditure of millions of dollars to ameliorate the ARD. A preferable alternative is to locate areas of sulphide mineralization in the construction area prior to excavation. Concentrated zones of sulphide mineralization can then be avoided, or treatment plans can be formulated in advance. Geophysical surveys provide possible means of detecting sulphides in slates of the Halifax Formation.

To evaluate various geophysical methods, reconnaissance profiles were carried out in two areas near the Halifax International Airport utilizing ground conductivity, magnetic, VLF EM, spontaneous potential, and induced polarization measurements. The conductivity meter selected was specific to "construction depths" (i.e., its exploration depth limit is 6 m or less). Test pits were dug on one line in each area to sample bedrock coincident with and between conductivity anomalies. Bedrock samples collected in each test pit were analyzed for total sulphur, total carbon, Fe*\ and Fe3* contents.

On the first grid, increased total sulphur content was measured in rock specimens from a test pit coincident with a large ground conductivity anomaly. In contrast, extremely small total sulphur content was measured in rock specimens from a nearby hole which was deliberately situated where there is no conductivity anomaly. Similar results were obtained from the second grid. Magnetic anomalies are coincident with all but one of the sampled conductivity anomalies, indicative of the presence of pyrrhotite. Combined ground conductivity, magnetic and VLF EM surveys appear to be a practicable method for detecting near-surface sulphide mineralization in the Halifax Formation, and such surveys should be included in the Nova Scotia Environment Act.

FR:

Les activites de construction ont mis a nu des ardoises sulfuriferes de la Formation d'Halifax dans le sud interieur de la Nouvelle-Ecosse. Dans des conditions atmospheriques, les sulfures se decomposent et causent une exhaure de roches acides (ERA) qui a des effets nefastes sur les ecosystemes locaux. Ces effets ont constitue un probleme de grande envergure a l'aeroport international d'Halifax, ou ils ont cause la mort de poissons et exige des investissements de plusieurs millions de dollars pour ameliorer l'ERA. Une solution de rechange qu'on prefere consiste a delimiter les zones de mineralisation de sulfures a l'interieur du secteur de construction avant les travaux de creusage. On peut ensuite eviter les zones concentrees de mineralisation de sulfures ou formuler des plans de traitement a l'avance. Les releves geophysiques peuvent permettre de detecter les sulfures a l'interieur des ardoises de la Formation d'Halifax.

Les chercheurs ont, pour evaluer diverses methodes geophysiques, dresse des profils de reconnaissance dans deux secteurs situes pres de l'aeroport international d'Halifax au moyen d'etudes de polarisation induite, de diagraphie de polarisation spontanee et de conductivite ainsi que de releves magnetiques et electromagnetiques. Le conductivimetre choisi etait specifique aux " profondeurs de construction " (c.-a-d. que sa limite de profondeur d'exploration est de 6 m ou moins). lis ont creuse des trous d'exploration le long d'une ligne dans chaque secteur pour echantillonner le substrat rocheux correspondant aux anomalies de conductivite de meme qu'entre celles-ci. Les chercheurs ont ensuite analyse la teneur en soufre total, en carbone total, en Fe1* et en Fe** des echantillons de substrat rocheux preleves dans chaque trou d'exploration.

Dans le premier quadrillage, les chercheurs ont mesure la teneur en soufre total des echantillons de roches provenant d'un trou d'exploration correspondant a une anomalie prononcee de conductivite du sol. Par contraste, on a releve une teneur en soufre total extremement reduite dans les echantillons de roches provenant d'un trou A proximite deliberement creuse a un endroit ou aucune anomalie de conductivite n'avait ete relevee. On a obtenu des resultats semblables dans le deuxieme quadrillage. Les anomalies magnetiques correspondaient a toutes les anomalies de conductivite echantillonnees indiquant la presence de pyrrhotine sauf une. La combinaison des etudes de conductivite du sol avec des releves magnetiques et electromagnetiques semble constituer une methode pratique pour detecter une mineralisation de sulfures a faible profondeur dans la Formation d'Halifax. La Loi sur I 'environnementNouvelle-£cosse devrait prevoir la realisation de ce genre de releves.

Traduit par la redaction

EN:

An investigation of lake-sediment stratigraphy in western Nova Scotia has focused on determining the environmental response to late-glacial climate change. Sediment records from Ave headwater lakes were recovered and sediment stratigraphy from four of the lakes was used to reconstruct late-glacial environments for this region.

Results from Sand Lake and Canoran Lake (South Mountain) indicate that the South Mountain was deglaciated by about 11,500 B.P. The North Mountain was deglaciated slightly earlier. All cores contained till (unit 1) which was overlain by a fine-grained diamicton (unit 2) that was deposited after ice had receded. A gyttja with varying mineral sediment concentrations (unit 3) overlies unit 2. Unit 2 is interpreted as sediment that was transferred to the basin as the basin and catchment stabilized. The North Mountain sites are characterized by lack of a Younger Dryas-equiva-lent loss-on-ignition or mineral oscillation. The South Mountain sites both contain a thin (2 cm) Younger Dryas-equivalent mineral horizon (unit 4) bounded above and below by sandy gyttja (units 3 and 5). Image and grain size analysis of units 3,4 and 5 indicate that these units differ primarily in their amounts of fine silt and clay, as mavimiim grain size is similar in each unit. This result indicates that changes in sediment transfer mechanisms in response to climate change were subtle. The formation of unit 4 (YDimh) was primarily a consequence of intrabasin sediment transfer and reduced productivity; an increase in the extent and/or duration of lake ice cover may have been an important factor. The catchment response to Younger Dryas climate change in western Nova Scotia was probably subdued. Though aufeis and perennial snow cover may have existed at some sites, the presence of Younger Dryas-equivalent glacial ice in western Nova Scotia is unlikely.

FR:

Une elude stratigraphique des sediments lacustres dans l'ouest de la Nouvelle-Iicosse s'est attachee a determiner la reaction de l'environnement au changement climatique tardiglaciaire. On a recupere des echanti lions de sediments de cinq lacs d'amont et on a utilise les donnees stratigraphiques des sediments de quatre des lacs pour reconstruire les environnements tardiglaciaires de cette region.

Les r£sultats obtenus du lac Sand et du lac Canoran (mont South) reVelent que la deglaciation du mont South est survenue vers 11 500 avant le present. La deglaciation du mont North s'est produite legerement plus tdt. Toutes les carottes contenaient du till (unite 1) recouvert de diamicton a grain fin (unite 2) qui s'etait depose apres la disparition de la glace. Un gyttja renfermant des concentrations de sediments mineraux variables (unite 3) recouvre 1'unite 2. Cette demiere est interpretee comme le resultat d'un transfert de sediments dans le bassin sedimentaire au moment ou le bassin sedimentaire et le bassin hydrographique se sont stabilises. Les points du mont North se carac ten sent par une absence d'oscillation min£rale ou de perte au feu equivalente au Dryas recent. Les points du mont South renferment tous deux une mince couche (2 cm) d'horizon mineral equivalent au Dryas recent (unite 4) delimitee au-dessus et au-dessous par un gyttja sableux. Les images et l'analyse de la granulometrie des unites 3,4 et 5 revelent que ces unites sont differ en tes, principalement en ce qui concerne leurs teneurs en argile et en silt fins, car la taille maximale des grains est semblable dans chaque unite. Ce resultat temoigne du fait que les changements dans les mecanismes de transfert des sediments cons&utifs au changement climatique ont 6te subtils. La formation de Punite 4 (YDimh) a principalement ete provoquee par un transfert de sediments a l'interieur du bassin et une productivity reduite; Paugmentation de Petendue ou de la duree de la couverture de glace du lac a peut-£tre constitue un facteur determinant. La reaction du bassin hydrographique au changement climatique du Dryas recent dans l'ouest de la Nouvelle-ficosse a probablement ete estompee. Meme si un aufeis et un tapis de neige perenne ont pu exister en certains endroits, la presence de glace de l'ere glaciaire equivalente au Dryas recent dans l'ouest de la Nouvelle-Iicosse est improbable.

Traduit par la redaction