Une étude de l'Université Duke montre que les oligo-éléments dans les os des oreilles d'un poisson peuvent être utilisés pour identifier et suivre la contamination par les cendres de charbon dans les eaux où il vivait.

« Les structures calcifiées – ou otolithes – trouvées dans l'oreille interne d'un poisson sont connues pour stocker de nombreuses informations sur l'histoire de la vie, y compris les enregistrements chimiques et physiques de l'âge du poisson, habitat natal et modes de migration, " a déclaré Jessica Brandt, auteur principal de l'article et titulaire d'un doctorat en 2018. diplômé de l'école de l'environnement Duke's Nicholas. "Nous avons montré que les otolithes capturent également les signatures des contaminants qui ont affecté les écosystèmes des poissons."

Brant et son équipe ont découvert que les rapports isotopiques du strontium dans les otolithes des poissons de deux lacs de Caroline du Nord, qui avaient tous deux reçu des effluents des bassins de cendres de charbon des centrales électriques voisines, correspondaient aux rapports isotopiques du strontium dans les échantillons prélevés dans les sédiments au fond de la des lacs.

"Cela montre que les otolithes peuvent être utilisés comme traceurs biogéniques pour évaluer le potentiel d'impacts écologiques des flux de déchets de cendres de charbon dans les eaux affectées, " dit Brandt, qui est maintenant chercheur postdoctoral au U.S. Geological Survey. « Alors que le strontium se comporte différemment des éléments toxiques dans les effluents de cendres de charbon, cela nous aide à relier des niveaux élevés de ces éléments à la source de contamination. »

Le strontium est un oligo-élément naturellement présent dans le charbon qui conserve des rapports isotopiques uniques même après que le charbon est brûlé et que les cendres de charbon entrent en contact avec un environnement aquatique.

Des études antérieures ont utilisé les rapports isotopiques du strontium pour suivre les impacts des cendres de charbon sur la qualité de l'eau, "mais c'est la première fois que nous avons pu prouver qu'ils peuvent également être utilisés comme empreintes digitales pour suivre les impacts des cendres de charbon dans les organismes vivants, " dit Avner Vengosh, professeur de géochimie et de qualité de l'eau à la Duke's Nicholas School, qui a co-écrit l'étude.

"Cela montre clairement que le strontium dans le poisson doit provenir d'une contamination par les cendres de charbon, " dit Vengosh.

L'équipe Duke a publié ses conclusions évaluées par des pairs le 21 novembre dans le journal Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement .

Les chercheurs ont collecté des échantillons d'eau de surface et d'eau interstitielle à base de sédiments de deux lacs de Caroline du Nord, le lac Mayo et le lac Sutton, qui étaient historiquement mis en fourrière pour fournir de l'eau de refroidissement aux centrales électriques voisines et pour recevoir leurs effluents. Le lac Sutton a été le site d'une importante fuite de cendres de charbon dans la rivière Cape Fear adjacente après que l'ouragan Florence a causé des inondations cet automne.

Les chercheurs ont également prélevé des échantillons d'eau de surface et interstitielle de deux sites situés en amont des lacs, et de deux autres lacs—le lac Tillery et le lac Waccamaw—qui ne sont pas associés aux flux de déchets de cendres de charbon. Les échantillons ont ensuite été analysés en laboratoire, ainsi que les otolithes d'achigan à grande bouche de chacun des lacs.

« Les rapports isotopiques du strontium dans les otolithes de l'achigan à grande bouche se chevauchaient avec les rapports dans les eaux interstitielles des sédiments correspondants dans tous les lacs et réservoirs, ce qui est une preuve irréfutable que les otolithes peuvent servir de traceurs biogéniques des effluents de cendres de charbon, " a déclaré Richard Di Giulio, le professeur Sally Kleberg de toxicologie environnementale à Duke, qui a co-écrit l'étude.

Les rapports isotopiques du strontium dans les échantillons d'eau de surface des lacs ne correspondaient pas toujours à ceux des otolithes de poisson et des échantillons d'eau interstitielle, Di Giulio a expliqué, mais cela pourrait être dû au fait que les ratios d'eau de surface sont plus variables au fil du temps.

« Les résultats de cette étude démontrent que les études sur les otolithes peuvent s'ajouter à nos efforts de recherche existants, " a déclaré Brandt. " Les traceurs isotopiques du strontium à base d'eau nous donnent uniquement des informations sur les impacts des cendres de charbon à un moment donné, mais parce que les otolithes se développent continuellement au cours de la vie d'un poisson, nous pourrions utiliser des analyses de séries chronologiques d'otolithes pour déterminer le moment des rejets ou des déversements de flux de déchets remontant à plusieurs années. Cela représente une nouvelle direction émergente et importante dans la recherche sur la toxicologie environnementale et la qualité de l'eau. »