On the Keweenaw Peninsula of Lake Superior, two stamp mills (Mohawk and Wolverine) discharged 22.7 million metric tonnes (MMT) of tailings (1901-1932) into the coastal zone off the town of Gay. Migrating along the shoreline, ca. 10 MMT of the tailings dammed stream and river outlets, encroached upon wetlands, and contaminated recreational beaches. A nearly equal amount of tailings moved across bay benthic environments into critical commercial fish spawning and rearing grounds. In the middle of the bay, Buffalo Reef is important for commercial and recreational lake trout and lake whitefish production (ca. 32% of the commercial catch in Keweenaw Bay, 22% along southern Lake Superior). Aerial photographs (1938–2016) and five LiDAR and multispectral over-flights (2008–2016) emphasize: 1) the enormous amounts of tailings moving along the beach; and 2) the bathymetric complexities of an equal amount migrating underwater across the shelf. However, remote sensing studies encounter numerous specific challenges in coastal environments. Here, we utilize a combination of elevation data (LiDAR digital elevation/bathymetry models) and in situ studies to generate a series of physical, chemical, and biological geospatial maps. The maps are designed to help assess the impacts of historical mining on Buffalo Reef. Underwater, sand mixtures have complicated multispectral bottom reflectance substrate classifications. An alternative approach, in situ simple particle classification, keying off distinct sand end members: 1) allows calculation of tailings (stamp sand) percentages; 2) aids indirect and direct assays of copper concentrations; and 3) permits determinations of density effects on benthic macro-invertebrates. The geospatial mapping shows how tailings are moving onto Buffalo Reef, the copper concentrations associated with the tailings, and how both strongly influence the density of benthic communities, providing an excellent example for the International Maritime Organization on how mining may influence coastal reefs. We demonstrate that when large amounts of mine tailings are discharged into coastal environments, temporal and spatial impacts are progressive, and strongly influence resident organisms. Next steps are to utilize a combination of hi-resolution LiDAR and sonar surveys, a fish-monitoring array, and neural network analysis to characterize the geometry of cobble fields where fish are successful or unsuccessful at producing young.

中文翻译：

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海岸遥感：随着尾矿漂到苏必利尔湖的布法罗礁，合并物理、化学和生物数据

在苏必利尔湖的基威诺半岛，两家印花厂（莫霍克和金刚狼）向盖伊镇附近的沿海地区排放了 2270 万公吨 (MMT) 的尾矿（1901-1932 年）。沿海岸线迁移，约。10 MMT 的尾矿堵塞了溪流和河流出口，侵占了湿地，并污染了休闲海滩。几乎等量的尾矿穿过海湾底栖环境进入关键的商业鱼类产卵和养殖场。在海湾中部，布法罗礁对商业和休闲湖鳟鱼和湖白鱼的生产很重要（大约占基威诺湾商业捕捞量的 32%，苏必利尔湖南部的 22%）。航拍照片（1938-2016）和五次 LiDAR 和多光谱飞越（2008-2016）强调：1）沿着海滩移动的大量尾矿；和 2) 等量在水下跨大陆架迁移的测深复杂度。然而，遥感研究在沿海环境中遇到了许多特定的挑战。在这里，我们结合高程数据（激光雷达数字高程/测深模型）和原位研究来生成一系列物理、化学和生物地理空间地图。这些地图旨在帮助评估历史采矿对布法罗礁的影响。水下沙子混合物具有复杂的多光谱底部反射基底分类。另一种方法是原位简单颗粒分类，剔除不同的砂端构件：1) 允许计算尾矿（压印砂）百分比；2) 有助于间接和直接测定铜浓度；和 3) 允许测定对底栖大型无脊椎动物的密度影响。地理空间映射显示了尾矿如何移动到布法罗礁，与尾矿相关的铜浓度，以及两者如何强烈影响底栖群落的密度，为国际海事组织提供了一个很好的例子，说明采矿如何影响沿海珊瑚礁。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。地理空间图显示了尾矿如何移动到布法罗礁，与尾矿相关的铜浓度，以及两者如何强烈影响底栖群落的密度，为国际海事组织提供了一个很好的例子，说明采矿如何影响沿海珊瑚礁。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。地理空间图显示了尾矿如何移动到布法罗礁，与尾矿相关的铜浓度，以及两者如何强烈影响底栖群落的密度，为国际海事组织提供了一个很好的例子，说明采矿如何影响沿海珊瑚礁。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。以及两者如何强烈影响底栖群落的密度，为国际海事组织提供了一个很好的例子，说明采矿如何影响沿海珊瑚礁。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。以及两者如何强烈影响底栖群落的密度，为国际海事组织提供了一个很好的例子，说明采矿如何影响沿海珊瑚礁。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。接下来的步骤是结合高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。我们证明，当大量尾矿排放到沿海环境中时，时间和空间影响是渐进的，并强烈影响居民生物。下一步是利用高分辨率 LiDAR 和声纳调查、鱼类监测阵列和神经网络分析的组合来表征鹅卵石场的几何形状，其中鱼类成功或不成功地繁殖。