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Separating the effects on water chemistry of climate variation and experimental manipulation in the long-term acidification and recovery of lakes

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Abstract:

Changes in climate, in particular significant changes in precipitation and evaporation and thus runoff, as well as changes in regional atmospheric deposition can affect the changes in chemical masses or concentrations in lakes. We have examined the changes in alkalinity, sulfate, and dissolved organic carbon (DOC) during a 20-year period when Lake 302S and Lake 302N at the Experimental Lakes Area (Ontario, Canada) were acidified with sulfuric, nitric, and hydrochloric acids and returned to natural pH. We used the corresponding 20-year history in Lake 239 to build chemical mass balance models for the experimental lakes. With these models, we assessed the production of alkalinity and the loss of sulfate and DOC in the context of atmospheric and watershed inputs and our experimental acid additions. Alkalinity production was greatest during the period of highest acid inputs and not detectable during pH recovery even in the early stages when pH was still low. Sulfate loss was also greatest while sulfate concentrations were increasing but counter to expectations not directly related to sulfate concentrations. Losses of the mass of DOC showed little change in response to acid additions over the 20years, but first-order losses increased at low pH.

Les changements climatiques, en particulier les modifications significatives des précipitations et de l’évaporation et, par conséquent, du ruissellement, de même que les variations dans les dépôts atmosphériques régionaux peuvent affecter les changements des masses et des concentrations chimiques dans les lacs. Nous examinons les modifications de l’alcalinité, des sulfates et du carbone organique dissous (DOC) sur une période 20 ans durant laquelle le lac 302S et le lac 302N de la Région des lacs expérimentaux (Ontario, Canada) ont été acidifiés avec des acides sulfurique, nitrique et chlorhydrique, puis restaurés à leur pH naturel. Nous utilisons l’histoire correspondante des mêmes 20 années du lac 239 afin d’établir des modèles de bilan massique chimique pour les lacs expérimentaux. À l’aide des modèles, nous avons évalué la production d’alcalinité et la perte de sulfates et de DOC en fonction des apports de l’atmosphère et du bassin versant, ainsi que de nos additions expérimentales d’acides. La production d’alcalinité a été maximale durant la période des apports les plus importants d’acides; elle n’a pu être décelée durant le rétablissement du pH, même aux stades initiaux lorsque le pH était encore bas. La perte de sulfates était aussi maximale alors que les concentrations de sulfates augmentaient, mais contrairement aux attentes, sans relation directe avec les concentrations de sulfates. Les pertes de masse de DOC se sont peu modifiées en réaction aux additions d’acides sur la période de 20 ans, mais les pertes du premier ordre ont augmenté aux pH bas.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2009

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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nrc/cjfas/2009/00000066/00000011/art00004
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