Urban Geochemical Hazard Mapping of St. John’s, Newfoundland, Canada

Robert Foley, Trevor Bell, David Liverman

Abstract


The surface soil concentrations (n = 997) of ten metals with Canadian Council of Ministers of the Environment soil quality guidelines were mapped on residential properties in the City of St. John’s, Newfoundland and Labrador, Canada. Concentrations of all metals are elevated above background levels, five of the ten metals – As, Ba, Cu, Pb, and Zn – have concentrations above environmental health guidelines in more than 20% of samples, and three metals – As, Pb, and V – exceed human health guidelines in 34 to 47% of samples. Using a contamination index, surface soil was shown to be highly contaminated in the downtown area, primarily on residential properties predating the 1950s. In order of influence, the four metals with the highest contamination factor are Pb, Zn, As, and Cu. Compared to background levels, surface soils are significantly enriched in Pb and Cd, and moderately enriched in Cr, Cu, and Zn. A hierarchical clustering procedure indicated strong statistical relationships between the occurrences of two metal groups across all soil samples. One group – Pb-Zn-Cd – has consistently elevated concentrations in soil sampled adjacent to the exterior walls of buildings, although high values were also recorded in roadside sites and from open spaces on properties. The second group – Cr-Ni-Cu – has minimal to moderately elevated concentrations in all sample locations, though slightly higher concentrations along roadsides. The clusters of metals and their spatial concentration patterns suggest that weathered paint, vehicular emissions, and coal burning were important sources for the main contaminants in sampled soils. Of the three metals (i.e., As, Pb, and V) which significantly exceed human health guidelines, Pb and As pose the greatest potential health risk and require further assessment. It is possible that other cities in the region that share similar urban history and characteristics have a potentially hazardous geochemical landscape.

RÉSUMÉ

Des concentrations du sol en surface (n = 997) de dix métaux qui figurent dans les lignes directrices sur la qualité du sol du Conseil canadien des ministres de l’Environnement, ont été répertoriées sur une carte de terrains résidentiels de la ville de St. John’s, à TerreNeuveetLabrador, au Canada. Les concentrations de tous les métaux étaient plus élevées que le niveau naturel et cinq de ces dix métaux, As, Ba, Cu, Pb et Zn, avaient une concentration supérieure aux lignes directrices sur l’hygiène du milieu dans plus de 20 % des échantillons. Dans 34 à 47 % des échantillons de trois métaux, As, Pb et V, il y avait une concentration qui dépassait les lignes directrices sur la santé humaine. En regard d’un indice de contamination, il a été établi que le sol en surface dans le secteur du centre-ville présentait une forte contamination, principalement sur des terrains résidentiels aménagés avant les années 1950. En ordre d’importance, les quatre métaux qui présentaient la plus forte contamination étaient le Pb, le Zn, l’As et le Cu. Comparativement au niveau naturel, les taux de Pb et de Cd étaient particulièrement élevés dans le sol en surface, tandis que les éléments Cr, Cu et Zn étaient modérément présents. Une classification hiérarchique a indiqué une forte corrélation statistique en ce qui a trait à la présence de deux groupes de métaux dans tous les échantillons de sol. Un groupe de métaux – Pb-Zn-Cd – présentait toujours une concentration élevée dans les échantillons de sol recueillis à proximité du mur extérieur des bâtiments, même si des teneurs élevées ont aussi été relevées dans des échantillons en bordure du chemin et dans des aires libres sur les propriétés. Un autre groupe de métaux – Cr-Ni-Cu – avait une concentration minimalement à modérément élevée à tous les points de prélèvement des échantillons, bien que la concentration ait été légèrement plus élevée en bordure du chemin. La classification des métaux et la configuration de leur concentration dans l’espace portent à croire que des résidus de peinture, des émissions polluantes des véhicules, et le produit de la combustion du charbon ont été d’importants apports des principaux contaminants dans les échantillons de sol prélevés. Parmi les trois métaux (As, Pb et V) dont la concentration dépasse largement les lignes directrices sur la santé humaine, les éléments Pb et As sont ceux qui posent la plus grande menace possible à la santé et qui nécessitent une évaluation plus approfondie. Il se peut que d’autres villes de la région qui ont en commun les mêmes antécédents et caractéristiques d’urbanisation contiennent des terrains dont la composition géochimique est susceptible d’être dangereuse.

Keywords


Urban Geochemistry, St. John's, Urban Soil, Soil Metals, Environmental Health, Human Health

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DOI: http://dx.doi.org/10.4138/atlgeol.2011.007