Regionen runt staden Galena vid Mississippifloden, Illinois, sprang på bly under större delen av ett sekel.

Staden tog sitt namn från det lokala överflödet av den naturliga mineralformen av bly. I mitten av 1800 -talet Galena -området gruvde och förädlade 80 procent av det bly som producerades i USA. Galena bly hamnade i allt från glasmålningar till kulor.

Bevis på Galenas ledande produktion har visat sig nästan 200 år senare och cirka 800 mil bort på något som kan verka som en osannolik plats:Matoakasjön på William &Marys campus.

Men det visar sig att sjön Matoaka är ett geologiskt idealiskt förråd av atmosfäriska partiklar. Ett team av William &Mary geologer under ledning av Jim Kaste och Nick Balascio har utvunnit tidskapselsedimentet vid Matoakasjön för att hitta bevis som spårar utvecklingen av den industriella revolutionen och bilens ålder. Deras data ger insikter om klimatförändringar och belyser till och med några tomma utrymmen i det lokalhistoriska rekordet.

Det brukade vara Archer's Hope Swamp

"Matoaka är ett intressant exemplar i och med att det har ett riktigt tidigt datum för bildandet, som vi tror är runt 1700, "Sade Balascio. Bonden var ursprungligen känd som Ludwells Mill Pond, skapad genom dammning av ett våtmarkskomplex som kallas Archer's Hope Swamp. Balascio, biträdande professor vid institutionen för geologi, tillade att förutom åldern, områdets speciella geologi gör Matoakasjön till en geoarkeologisk guldgruva, bildligt talat.

"Det är också inom kustslätten, vilket betyder lätt eroderad berggrund. Så sedimentationshastigheterna i Matoaka är verkligen ganska höga, "Balascio sa." Det gör att vi kan lösa tidigare miljöförändringar och föroreningshistoria med en riktigt hög upplösning. "

Deras Matoaka -kärnor har registrerat mycket mer än ledningssmältningarna av Galena, erbjuder inte mindre än en sedimentell resa genom den östra nordamerikanska antropocenen. De publicerade sina geoarkeologiska fynd i tidskriften Antropocen med en all-William &Mary skiffer av medförfattare:Keck Lab Director Randy Chambers, Meredith Meyer, en forsknings- och labspecialist vid VIMS; och studenterna Madison Renshaw '18 och Kassandra Smith '17.

Antropocenpappret är ingalunda det sista ordet i ämnet. Matoaka -kärnan är ett pågående projekt och har gett en ström av ämnen för studenter vid institutionen för geologi.

"Vi har fått eleverna att plocka igenom sedimentet centimeter för centimeter, Sa Kaste.

"Vi har gjort fyra eller fem examensarbeten på sedimentet vid sjön Matoaka, "Tillade Balascio." Varje elev har tittat på en individuell mätning och vi har typ integrerat dem genom åren. "

SPC:En kvarleva av kolbränder

En av dessa studenter är Kayla Cahoon '18, som höll en presentation vid en lunchsamling av lärare och studenter i samband med William &Marys program för miljövetenskap och politik. Hennes individuella mätning var små bitar som kallas sfäroidala kolhaltiga partiklar, eller SPC.

"De kommer från att bränna kol. När du bränner kol är det två huvudsakliga saker som händer. Det finns saker som finns kvar i botten av ugnen som kallas kolaska, "Förklarade Cahoon." Och sedan finns det partiklar som kommer upp genom rökröret och in i atmosfären. Det är det som kallas flygaska. "

Hon fortsatte med att säga att SCP representerar fem till tio procent av all flygaska från någon brinnande kolkälla. Drivande flygaska - och den SCP som den innehåller - kan driva i atmosfären var som helst från en kilometer till tusentals kilometer från källan, Sa Cahoon.

Cahoon studerade en Matoakakärna som sträckte sig tillbaka till den tid då dammen byggdes. Hon förberedde sitt kärnprov i en serie kaustiska bad - salpetersyra, Väteperoxid, flussyra och saltsyra.

"Jag ville äta upp all smuts och lera och sånt för att bara lämna bakom dessa kolpartiklar, "sa hon." Sedan monterade jag dem på bilder och spenderade timmar på att räkna. Upp och ner och upp och ner för varje bild. "

SPC är, i genomsnitt, mellan 20 och 30 mikron i storlek. Cahoon undersökte hennes bilder på ett elektronmikroskop med skanning i William &Marys Integrated Science Center, men hennes arbetshästinstrument var ett kikare reflekterande mikroskop.

Jämför toppar och nedgångar med historiska poster

Cahoon och hennes andra geoarkeologiska forskare räknar dessa bitar av föroreningar så att de kan jämföra det relativa överflödet av partiklarna från kärnorna med historiska register. I Cahoons fall såg hon en topp i SCP som motsvarade början av det amerikanska inbördeskriget 1861. Det var en ännu större topp från omkring 1914 1918, motsvarande första världskriget

"Det var då tåg och flygplan och bilar verkligen kom igång, och vi såg en riktigt stor ökning av fossila bränslen, "sa hon. Hon fann ytterligare en ökning, motsvarande i början av andra världskriget - fler tåg och flygplan och bilar.

Och det blev minskningar. Cahoon sa att den första nationella lagstiftningen om koldioxidutsläpp trädde i kraft 1973, registreras i sedimentet i sjön Matoaka som en minskning av SCP. En annan SCP -minskning registrerades 1993, när kolpartiklarna vid kolförbränningskraftverk började fångas i rökgasrengöringsmedel och deponerades på deponier.

Alla dessa toppar och dalar dyker upp i andra studier av sedimentkärnor, men Cahoon sa att hon hittade något närmare hemmet. Något som hon inte hade sett i sin omfattande litteraturgenomgång.

"Jag hittade en topp i slutet av 1700 -talet, vilket är förenligt med revolutionskriget och även med tillväxten av Williamsburg, "sa hon." Ingen annan hade detta i litteraturen. Ingen annan hade någon form av SCP -partikelsamling före 1830 eller däromkring. "

"Jag började verkligen gräva i den historiska aspekten av det här. Jag hittade några saker som vi alla vet, "Cahoon sa." År 1699, Williamsburg blev Virginia huvudstad och det var här fram till 1780.

"Men det var inte bara det politiska kapitalet, det var också industrihuvudstaden, "fortsatte hon." Det hände en stor mängd industri här i Williamsburg. Den primära var James Anderson Armory. "

James Anderson Armory, eller en återskapad version av den, är i drift i koloniala Williamsburg. Cahoon intervjuade Ken Schwartz, smedmästare på anläggningen, och tog också prover från deras smidbränder och rökrör. Anderson Armory i början av 1700 -talet var en plats med stor aktivitet.

"Vi vet att från 1765 till 1780, han körde åtta smedjor om dagen i 18 timmar om dagen, "sa hon." Allt brinner kol. Så vad vi insåg är att vi har en riktigt unik historia om användning av fossila bränslen långt före den industriella revolutionens början. Innan alla fabriker. Innan alla tåg kom. "

Gårdagens förorening =dagens datapunkter

Tidigare föroreningar är datapunkterna i nuet. Arkivsedimentet vid sjön Matoaka har registrerat mer än SCP. Kaste är docent på geologiska avdelningen och fungerar för närvarande som chef för William &Marys Environmental Science &Policy Program. Han förklarade att bly och kvicksilver är ytterligare biprodukter av kolförbränning.

"Så där du har SCP, du kan förvänta dig att ha dessa tungmetallföroreningar - det är fantastiskt hur nära dessa data matchar SCP -data, " han sa.

Men, kvicksilver kommer ut i miljön från andra källor än kolförbränning. Ett studentprojekt tittade på kvicksilver och Kaste sa att de hittade en kvicksilverstopp precis före 1900. Det var en kvarleva från era mynt.

"Det var mycket silverbrytning i USA 1880-1890, han sa. "När du gruvar för silver eller bly, du min för kvicksilver av misstag, eftersom de är förknippade med samma bergart. Så när du gör silverbrytning, du släpper ut mycket kvicksilver i atmosfären. "

Den berättande kemiska signaturen av bly

Som kvicksilver, bly kommer in i miljön från ett antal källor bortom kolbränder. Blypartiklar produceras också genom smältning av bly, självklart. Kaste sa att sedimentkärnorna avslöjade en konsekvent ökning av blykoncentrationen från 1700 till 1750, överensstämmer med den industriella tillväxten i Williamsburg under kolonialtiden.

"Det som är intressant är att du ser en avhopp direkt efter den amerikanska revolutionen, "sa han." Detta överensstämmer med historiska register som tyder på att Williamsburg typ föll efter att huvudstaden flyttades till Richmond. "

En annan topp visade sig omkring 1860, överensstämmer med toppen av Galena -ledindustrin. Kaste förklarade att de kan se skillnaden mellan bly från ett smältverk och bly från en koleld eller andra källor. (Kvicksilver har liknande diagnostiska kemiska signaturer.)

"Bly har olika isotopiska signaturer, "sa han." Det finns bly 206, 207, 208. Kol, till exempel, är berikad med bly 207, medan sedimentets vittring berikas med en annan isotop. "

Deras sofistikerade kemiska analys kan också avslöja källan till smält blymalm Kaste sa att blymalmen från Galena -regionen har en mycket distinkt kemisk signatur. Den övre Midwest -malmkroppen som matade Galena -smältverken togs så småningom ut, och Kaste, Balascio och deras elever kunde spåra nedgången av Galena bly i deras Matoaka corings. Men bly kom tillbaka.

"Vi ser andra världskriget - ett stort hopp precis runt 1942, "Kaste sa." Det kommer från blybrytning i samband med att göra alla kulor för krigsinsatsen. Gruvbrytningen där var mestadels ute i Idaho. "

Efter kriget sa Kaste att det var ett litet dopp, och sedan gick Amerika in i en era som han kallade "toppledning".

"På 1960 -talet, vi använder bly i bensin. Varje gång du fyllde på din tank, you put tetraethyl lead in your gas tank, " Kaste said. "And then when you pressed on the accelerator and burned gas, the lead went out your tailpipe and it went up and moved around a couple hundred miles and then came back down whenever it rained."

And the 1977 enacting of clean air legislation and the advent of unleaded gasoline were duly noted by a rather sudden disappearance of certain lead isotopes in Lake Matoaka sediment.

"When I teach introductory environmental science and policy, I like to use this as an example of legislation that worked, " Kaste said. "You can see this in ice cores, you can see this in lake sediments. Once we made the lead illegal to put in gasoline, the atmosphere got cleaned up pretty quickly."