Regional distribution and mobility of copper and lead in soils near the Horne copper smelter at Rouyn-Noranda, Quebec

Regional sampling of the humus, B, and C horizons of glacial soils from 106 sites within a 100 km radius of the copper smelter at Rouyn-Noranda, Quebec, has provided an extensive database on soil geochemistry and other physical properties both from sites within the area of metal contamination and from sites showing little anthropogenic enrichment. Using this database, the distribution and mobility of two smelter-derived trace metals, copper and lead, was examined with respect to parent material, soil horizon, and wind patterns for the area. Copper is the primary smelter product and is concentrated in local mineralized deposits. Lead is a smelter emission with low concentrations in the local bedrock and soils. Geochemical results indicate that both emitted metals are enriched in humus in the vicinity of the smelter and decrease in concentration with distance and that a higher percentage of emitted copper is retained in humus than lead. Sequential analyses of humus show that chemical phases in which the metals are retained vary depending on the element and distance from the smelter, but both copper and lead are retained primarily in the labile phase associated with soluble organic material at sites within 10 km. Leaching from humus into lower compartments of the soil horizon depends on parent material and distance from the smelter. At sites near the smelter, evidence supports metal retention in the B horizon of soils developed on glaciolacustrine sediment and metal migration downward through the C horizon for soils on diamicton. 1 1 Geological Survey of Canada, 601 Booth Street, Ottawa, Ontario, Canada K1A 0E8 1 Résumé : Le prélèvement régional d’échantillons dans l’humus et dans les horizons B et C de sols glaciaires, dans 106 sites situés dans un rayon de 100 km de la fonderie de cuivre de Rouyn-Noranda (Québec), a permis de produire une vaste base de données sur la géochimie du sol et d’autres propriétés physiques de sites se trouvant dans la zone contaminée par des métaux et de sites ne présentant qu’un faible enrichissement anthropique. À l’aide de cette base de données, on a examiné la répartition et la mobilité de deux métaux à l’état de traces émis par la fonderie, soit le cuivre et le plomb, en tenant compte des matériaux d’origine, des horizons pédologiques et des vents de la région. Le cuivre, qui est le principal produit de la fonderie, est concentré dans des gisements minéralisés locaux. Le plomb est une émission de la fonderie qui est présent localement en faibles concentrations dans le socle rocheux et les sols. Les données géochimiques obtenues indiquent que ces deux métaux émis par la fonderie sont enrichis dans l’humus aux environs de la fonderie, que leurs concentrations diminuent en s’éloignant de cette dernière et qu’un plus fort pourcentage d’émissions de cuivre que de plomb est piégé dans l’humus. Des analyses séquentielles de l’humus montrent que les phases chimiques des métaux piégés varient selon l’élément et la distance par rapport à la fonderie. Toutefois, le cuivre et le plomb sont tous deux principalement piégés en phase labile, cette dernière étant associée à la matière organique soluble des sites situés à moins de 10 km. La lixiviation depuis l’humus jusque dans les parties inférieures de l’horizon pédologique est fonction des matériaux d’origine et de la distance par rapport à la fonderie. Dans les sites situés à proximité de la fonderie, des indices témoignent du piégeage des métaux dans l’horizon B des sols formés sur des sédiments glaciolacustres, ainsi que de la migration descendante des métaux à travers l’horizon C des sols reposant sur du diamicton.