انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: کلیات.

محیط زیست انسان شبکه­ای از فعل و انفعالات زمین­شناختی و زیست­شناختی است که نشان دهنده رابطه بین زندگی و سیاره زمین است، و بنابراین سهم بزرگی در سلامت و رفاه وی دارد. سیاره زمین دارای مناطقی است که سلامت ساکنین آن متأثر از کمبود، غلظت بیش از حد، و یا مسمومیت مزمن عناصر هستند. بنابراین سلامت میلیونها انسان در سراسر کره زمین ممکن است تحت تاثیر محیط زمین­شناختی محل زیست آنها قرار گیرد. عناصر زمین بین مخازن مختلف زمین شیمیایی پیوسته در حال جابجایی هستند. بنابراین به طور طبیعی بین محیطهای مختلف تبادل و یا به عبارت صحیح‌تر شار ماده و انرژی برقرار است. زمانیکه عوامل انسانزاد، بویژه فعالیت معدنکاری، روند و شرایط طبیعی حاکم بر این بخش‌ها را از حالت طبیعی خارج می‌کند شار و یا به عبارتی مقدار ماده‌ای که در یک زمان معین از یک محیط زمین شیمیایی به محیطی دیگر انتقال می‌یابد نیز به طور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌کند. حاصل این فرآیند، تغییر شرایط زیست بوم های طبیعی درگیر است، که در گذر از دوره تکامل،‌ خود را با شرایط طبیعی منطقه وفق داده است؛ بنابراین تغییر شرایط طبیعی به نوعی تعادل زیست بوم‌های درگیر را نیز تغییر می دهد. تغییری که در بسیاری از موارد از توان تحمل زیست بوم طبیعی خارج بوده و در کوتاه مدت و گاهی اوقات بلند مدت، عواقب ناگواری را به همراه خواهد داشت.معدنکاری، تأمین کننده مواد لازم برای بقا و پیشرفت صنعت است؛ اما با افزایش آلودگیها امکان ادامه زندگی و استفاده از محیط سالم در مناطق معدنکاری شده از بشر سلب می‌شود. معضلات و مشکلات فراوان ناشی از معدنکاری و صنایع معدنی کشورها را بر آن داشته است تا با تحقیق و پژوهش در مورد مسائل و مشکلات زیست محیطی به نابسامانیهای موجود سر و سامان بخشند. در راستای نیل به این هدف، به کارگیری دانش “زمین شناسی زیست محیطی” می‌تواند راهگشا باشد. بسیاری از عناصر بالقوه سمّی به ویژه در مناطق معدنی و همچنین مناطق زمین شناختی مرتبط با فعالیت آتشفشانی، از هوازدگی و تجزیه سنگها، کانیها، مواد معدنی و تفاله‌های معدنی ناشی می شوند. این عناصر بالقوه سمّی با ورود به چرخه‌های زمین شیمیایی و زیست‌ زمین شیمیایی (آب، هوا، گیاه، خاک، رسوبات و زیواگان)، وارد چرخه حیاتی گیاهان، جانوران و انسانها شده و به نابهنجاریها و مشکلات زیست محیطی منجر می‌شوند. زمین شناسی زیست محیطی با تکیه بر فهم اصول زمین شیمی زیست محیطی فرایندهای آزاد سازی،‌ تشکیل، انتقال،‌ انتشار، ‌رسوبگذاری وپاکسازی آلاینده‌های طبیعی و انسانی را در مناطق مختلف بررسی کرده و به شناسایی اثرات، نابهنجاری و بیماریهای حاصل از کمبود یا افزایش عناصر از راه چرخه‌های زمین شیمیایی و زیست زمین شیمیایی می‌پردازد.علاوه بر معدنکاری و فعالیتهای انسانزاد، کانه زایی طلا و وجود چشمه های زمین گرمایی و تراورتن ساز مرتبط با فعالیت آتشفشانی از جمله عواملی هستند که باعث تمرکز عنصر آرسنیک و دیگر عناصر بالقوه سمی در محیطهای سطحی و در نتیجه ورود آنها به چرخه زیست زمین شیمیایی می شوند. با توجه به ماهیت حوضه آبریز رودخانه ساروق (رخداد کانه زایی های متعدد طلا مانند زرشوران، آق دره و حضور چشمه های تراورتن ساز)، در پژوهش حاضر تلاش بر این خواهد بود تا پراکنش، تحرک پذیری، توزیع و اثرات احتمالی غلظت بیش از حد مجاز عنصر آرسنیک و دیگر عناصر همراه در محیطهای مختلف چرخه زیست زمین شیمیایی (سنگ، آب، رسوب خاک و گیاه)، از دیدگاه زمین شیمی زیست محیطی بررسی شود.

1-2- چرخه زیست­زمین­شیمیایی(Biogeochemical Cycle)

چرخه زیست­زمین­شیمیایی یا چرخه مواد مغذی در بوم‌شناسی و علوم زمین، مسیری است که یک عنصر یا مولکول شیمیایی از طریق آن در بخشهای مختلف محیطهای زنده(زیست کره) و غیر زنده(سنگ کره، هواکره و آبکره) زمین طی می‌کند. به بیانی دیگر بازچرخش یک عنصر یا مولکول شیمیایی بین محیطهای مختلف بوم سامانه(خاک، آب، هوا، سنگ، گیاهان، جانوران و انسان) با زمانهای ماندگاری متفاوت را چرخه زیست زمین شیمیایی می‌نامند(شکل1-1). بنابراین باید محیطهای مختلف در بوم سامانه به خوبی بررسی و نقش عناصر در هر یک از این محیطها مشخص شود. هر عنصر دارای یک چرخه زیست زمین شیمیایی ویژه می باشد که منعکس کننده مجموعه ای از خواص زمین شیمیایی آن عنصر است. چرخه های زیست زمین شیمیایی عناصر، منحصراً محیطهای سطحی را تحت تاثیر قرار می دهند و در مقابل از تغییراتی که در سطح زمین رخ می دهد، تاثیر می پذیرند. در یک دیدگاه کلی می توان چرخه زیست زمین شیمیایی عناصر را به دو بخش طبیعی و انسانزاد تقسیم نمود.

1-1- کلیات……………………………………………………………………………. 2

1-2- چرخه زیست زمین شیمیایی(Biogeochemical Cycle)………………….. 3

1-2-1- تاثیر فرآیندهای طبیعی بر چرخه زیست زمین شیمیایی عناصر……….. 5

1-2-2- تاثیر فرآیندهای انسانزاد بر چرخه زیست زمین شیمیایی عناصر………. 6

1-3- آرسنیک…………………………………………………………………………. 7

1-3-1- تاریخچه…………………………………………………………………….. 7

1-3-2- ویژگیهای فیزیکوشیمیایی عنصر و ترکیبات آرسنیک………………….. 9

1-4- ذخایر عمده آرسنیک………………………………………………………. 11

1-4-1- تولید و مصارف عمده آرسنیک در جهان…………………………….. 12

1-4-2- ذخایر و تولیدات عمده آرسنیک در ایران……………………………. 13

1-5- اثرات توزیع آرسنیک در محیط زیست…………………………………. 14

1-5-1- کانیها………………………………………………………………… 16

1-5-2-آرسنیک سنگها، رسوبات و خاک… ……………………………….18

1-5-3- آرسنیک در آب……………………………………………………….. 27

1-5-4- آرسنیک در گیاهان………………………………………………… 29

1-5-5- آرسنیک با منشاء زمین گرمایی…………………………………. 30

1-6- اثر آرسنیک بر روی جانداران………………………………………….. 40

1-6-1- سمناکی آرسنیک در حیوانات…………………………………….. 40

1-6-2- سمناکی آرسنیک در انسان……………………………………… 43

1-7- مطالعات پیشین………………………………………………………. 50

1-8- ضرورت انجام پژوهش………………………………………………… 52

1-9- اهداف پژوهش……………………………………………………….. 55

1-10- فرضیه های پژوهش……………………………………………….. 55

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: ویژگی های زمین شناختی منطقه تکاب

سنگها و ذخایر معدنی مدتها پیش از آنکه بشر استخراج آنها را آغاز کند منابع طبیعی آلاینده محیط زیست بوده اند. توزیع عناصر در این ذخایر معمولا الگوهایی را بوجود می آورد که علاوه بر جنبه های اکتشافی از دیدگاه زیست محیطی نیز اهمیت دارد. از این رو مناطق فلززایی به دلیل غلظتهای بالای عناصر، به عنوان آلاینده های طبیعی بوم سامانه ها عمل می کنند. در این مناطق عیار عناصر بالقوه سمّی در محیط های سطحی و انتقال آنها در چرخه های زیستی رابطه تنگاتنگی با ماهیت طبیعی منطقه و یا به عبارتی غلظتهای زمینه طبیعی عناصر و نقش فرآیندهای انسانزاد (معدنکاری) در افزایش این غلظت ها دارد. در این میان نقش انسان به عنوان بخشی از زیست بوم حائز اهمیت است. ویژگی های زمین شناختی اعم از زمین ساختی، ماگمایی، دگرگونی، چینه شناختی و کانه زایی، در دو برهه زمانی پرکامبرین پسین-کامبرین پیشین و ترشیری، باعث شده است که چهار گوش تکاب، به عنوان یک منطقه فلززایی و زمین گرمایی مهم در ایران مطرح شود که نمونه آن در نقاط دیگر کشور کمتر مشاهده شده است (شکل 2-1). در بازده زمانی میوسن بالایی- پلیوسن شدیدترین فاز آتشفشانی و نفوذ توده های کوچک اسیدی در بخش میانی منطقه تکاب رخ داده است به گونه ای که شواهد آن امروزه به صورت چشمه های تراورتن ساز دیده می شود. همزمان با این فاز، متنوع ترین و ارزشمندترین فاز کانه زایی نیز رخ داده است. کانسارهای طلا-آرسنیک زرشوان و آق دره در این زمان تشکیل شده اند. فعالیتهای معدنکاری و فرآوری کانیها در این کانسارها، غلظت عناصرAs ،Sb  و Hg را در منطقه به نحو چشم گیری افزایش داده است (شکل 2-3). علاوه براین حضور چشمه های تراورتن ساز غنی از آرسنیک این آلودگی ها را دوچندان کرده است. از آنجا که در مناطق معدنی، زمین شناسی بیش ترین نقش را در توزیع و تمرکز عناصر بالقوه سمّی ایفا می کند، ابتدا زمین شناسی و جایگاه زمین شناختی منطقه بررسی و سپس در فصل های آتی به روشهای نمونه برداری، تجزیه و تفسیر نمونه ها، زمین شیمی و همچنین مشکلات زیست محیطی ناشی از معدنکاری و چشمه های تراورتن ساز در منطقه تکاب پرداخته می شود. بنابراین  هدف از ارائه این فصل معرفی منطقه فلززایی تکاب، جایگاه زمین شناختی زون سنندج- سیرجان و ارومیه دختر، ویژگی های سنگ شناختی و فرآیندهای زمین شناختی منطقه تکاب و حوضه آبریز رودخانه ساروق در این زونها و همچنین نحوه شکل گیری چشمه های تراورتن ساز است.

مساحت محدوده مورد مطالعه در حدود 800 کیلومتر مربع است که بین طول های جغرافیایی ΄43 ˚36 تا ΄28 ˚36 شرقی و عرض های جغرافیایی΄12 ˚47 تا ΄01 ˚47 شمالی واقع شده است. منطقه تکاب منطقه ای کوهستانی و نسبتاً سخت گذر با زمستانهای سرد و خشک و پوشیده از برف و تابستانهایی با آب و هوای معتدل است. ارتفاع بلندترین نقطه که در انتهای شمال غربی محدوده واقع شده است و به کوه قره داغ موسوم است، در حدود 2955 متر از سطح دریای آزاد است. ارتفاع پست ترین نقطه نیز در جنوب غربی روستای یهرلی در انتهای جنوب غربی محدوده مورد مطالعه 1785 متر از سطح دریا است. نزدیک ترین و بزرگ ترین شهر به محدوده مورد مطالعه شهر تکاب است که در جنوب شرقی منطقه مورد مطالعه واقع شده است. بر اساس سرشماری سال 1385 جمعیت شهرستان تکاب 103582 نفر گزارش شده است که از این تعداد 51536 نفر مرد و 52046 نفر زن هستند. از این جمعیت تعداد 1/47 درصد در شهر و 9/52 درصد در روستاها سکونت دارند. زمین های کشاورزی درکوهپایه ها قرار گرفته و عموماً شیب تندی دارند. شیب دامنه ها در ترازهای بالاتر از 1900 متر زیاد بوده اما در ارتفاعات کمتر به تدریج کم می شود، بطوری که به 2 تا 3 درصد می رسد. منطقه تکاب از لحاظ اقلیمی نمونه کاملی از آب و هوای مناطق مرتفع ایران است. با استفاده از آمار اقلیم شناختی و دو روش معمول در تعیین نوع اقلیم (آمبرژه و دومارتن)، اقلیم مدیترانه ای برای آن تعیین شده است (مهندسین مشاور آب و توسعه پایدار، 1377). مرداد ماه گرم ترین ماه سال با میانگین دمای 36 درجه سانتیگراد و بهمن ماه با دمای منفی 32 درجه سانتیگراد (با میانگین ایام یخبندان 120 روز در سال) سردترین ماه سال گزارش شده است (کانساران، 1371). به دلیل کوهستانی و مرتفع بودن منطقه بیشتر بارش های جوی به صورت برف بوده و جریان سطحی حاصل از ذوب برف، بوسیله سرشاخه های اصلی و فرعی به رودخانه های موجود و سر انجام به رودخانه اصلی ساروق می ریزد. حوضه آبریز ساروق در طول جغرافیایی ΄30 ˚46-΄20 ˚47 شرقی و عرض جغرافیایی46 ˚36-΄14 ˚36 شمالی قرار دارد. رودخانه ساروق منطقه ای در حدود تقریباً 1000 کیلومتر مربع تا سد آلاسقل و 2400 کیلومتر مربع تا ایستگاه هواشناسی صفاخانه در 15 کیلومتری دهانه سد زرینه رود را زهکش می کند. آب رودخانه ساروق در نهایت به سد زرینه رود (سد شهید کاظمی بوکان) واقع در 58 کیلومتری جنوب غربی محدوده مورد مطالعه (در استان کردستان) سرازیر می شود. از آب این سد علاوه بر کشاورزی به عنوان آب شرب جمعیتی در حدود 2 میلیون نفر از ساکنین استان آذربایجان شرقی و به طور محدود استان آذربایجان غربی استفاده می شود. از رودخانه های (شاخابه های) دائمی محدوده مورد مطالعه می توان به رودخانه های زرشوران، احمد آباد، آق دره، قیزقپان، نبی کندی و گوگردچی اشاره کرد که از این بین با توجه به وجود معادن و پتانسیل های معدنی در بخش های بالا دست رودخانه ها، رودخانه های زرشوران و آق دره از نظر زیست محیطی اهمیت بیشتری دارند. میانگین بارندگی در شهرستان تکاب، اندازه گیری شده در ایستگاه آلاسقل و ایستگاه سینوپتیک تکاب به ترتیب 3/400 میلیمتر و 1/399 میلیمتر در سال برآورد شده است. علاوه براین در ایستگاه تکاب حداکثر مطلق، میانگین حداکثر، میانگین، میانگین حداقل و حداقل مطلق دمای سالانه به ترتیب 37، 48/15، 12/9، 76/2، 27- درجه سانتیگراد گزارش شده است. میانگین آبدهی سالانه رود ساروق(اندازه گیری شده در ایستگاه آلاسقل) 225 میلیون متر مکعب گزارش شده است که از این حجم مجموعاً 059/16، 406/37، 291/163 و 243/8 میلیون متر مکعب به ترتیب در فصول پائیز، زمستان، بهار و تابستان جریان می یابد. با توجه به توپوگرافی، ساختار زمین شناختی و سنگ شناختی دشت ها که عمدتاً شامل مارنهای سازند قرمز بالایی است، امکان تشکیل سفره های آب زیرزمینی در این مناطق فراهم نشده است، با این وجود در مناطق مرتفع تر چشمه های زیادی وجود دارند.  در منطقه تکاب آب آشامیدنی روستائیان بیشتر از چشمه های موجود تأمین می شود. گویش غالب در منطقه در بخشهای غرب و جنوب غربی کردی و در بخشهای شرق و شمال شرقی آذری است. با توجه به ویژگیهای ریخت شناختی و پوشش گیاهی مناسب در بخشهای مرتفع محدوده مورد مطالعه، ساکنین این مناطق بیشتر به دامداری و زنبورداری اشتغال دارند و در بخشهای کم ارتفاع و هموارتر ، ساکنین به کشاورزی و باغداری مشغولند. محصولات زمین های کشاورزی دیم را بیشتر گندم، جو و نخود و زمین های کشاورزی آبی را گندم، یونجه، سیب زمینی، پیاز، گوجه فرنگی، خیار و باغات میوه از نوع سیب، گلابی، گردو و انگور تشکیل می دهند.

2-1- مقدمه……………………………………………………………………… 57

2-2- موقعیت جغرافیایی و اقلیم منطقه مورد مطالعه ……………………  50

2-3- راههای دسترسی به منطقه مورد مطالعه……………………………. 53

2-4- وضعیت ساختاری منطقه تکاب…………………………………………… 53

2-5- زون دگرگونی- ماگمایی سنندج- سیرجان……………………………… 57

2-6-زون ماگمایی ارومیه- دختر………………………………………………… 61

2-7- تحلیلی بر زایش ذخایر ترشیری منطقه تکاب…………………………… 62

2-8- مدل زایشی کانسارهای منطقه تکاب…………………………………… 64

2-9- زمین ریخت  شناسی حوضه آبریز رودخانه ساروق و بخش میانی چهارگوش تکاب.. 65

2-10- ویژگی های سنگ شناختی و چینه شناختی حوضه آبریز رودخانه ساروق.. 67

2-10-1- سنگهای دگرگونی پرکامبرین.. ………………………………………….68

2-10-2- توده های نفوذی…………………………………………………………… 77

2-11- فعالیت های آتشفشانی و ارتباط آنها با فرایندهای کانه زایی و رخداد چشمههای تراورتن ساز.. 78

2-12-کانه زایی و نحوه تشکیل کانسار طلای آق دره…………………………… 82

2-12-1-کانه زایی……………………………………………………………………. 82

2-12-2- نحوه تشکیل کانسار آق دره……………………………………………… 83

2-13-کانه زایی و نحوه تشکیل کانسار طلای زرشوران………………………….. 86

2-13-1- کانه زایی…………………………………………………………………… 86

2-13-2- نحوه تشکیل کانسار زرشوران……………………………………………. 88

فصل سوم: زمین شیمی آب و رسوب.

آب مهم­ترین منبع و یکی از حیاتی ترین عناصر طبیعت و عامل مؤثر بقای انسان و موجودات زنده به شمار می آید. منابع آب چه به صورت سطحی و چه به صورت زیرزمینی نقش مهمی در زیست کره زمین دارند و بخش مهمی از چرخه زیستی به شمار می آیند. منابع دسترسی به آب شیرین بسیار محدود است و بشر در سده حاضر با بحران آلودگی منابع آب روبرو شده است. گرچه انسان­ ارزش واقعی آب را می­داند، با این وجود خواسته یا ناخواسته باعث آلودگی رودخانه­ها، دریاها، دریاچه­ها و اقیانوس­ها می­شود و در نتیجه به آرامی در حال نابود کردن سیاره خود است. یکی از پارامترهای مهم منابع آب، کیفیت آب آنهاست که تعیین کننده نوع کاربری آب مانند مصارف آشامیدنی و کشاورزی است. کیفیت آب توسط ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و زیست‌شناختی آن تعیین می‌شود که این ویژگی ها نیز به نوبه خود تحت تأثیر فرآیندهای طبیعی و انسانزاد مانند زمین شناسی، آب و هوای محلی، فعالیتهای صنعتی و معدنی قرار دارند. کیفیت آب های زیرزمینی نیز همواره مورد توجه محققان علوم زیست محیطی قرار گرفته است، چراکه آب این منابع، مهم ترین تأمین کننده آب آشامیدنی و کشاورزی است و از اینرو یکی از حلقه های مهم انتقال عناصر در زنجیره غذایی به حساب می آید. نقش آب در فرآیندهای زمین شیمیایی و زیست شیمیایی نقشی بنیادین است چرا که عامل حمل و انتقال بسیاری از عناصر در محیط محسوب می شود. بیشتر این فرآیندها، فیزیکی و شیمیایی هستند. تبخیر، انحلال، بارش، جذب و رهاسازی توسط رسوبات، رسوبگذاری، آبکافت، تشکیل ترکیبات کمپلکس، اکسایش و کاهش و واکنشهای نورشیمیایی از جمله این فرآیندهاست.

 انتقال و رسوب گذاری ترکیبات و مواد حاصل از هوازدگی، بخش دیگری از چرخه زمین شیمیایی سطحی را شامل می شود. رسوب تا حد زیادی منعکس کننده سنگ ها و واحد های زمین شناختی بالا دست است. رسوب و آب همواره با هم در حال تعادل شیمیایی بوده و در تفسیر روند آزاد سازی، انتقال و ته نشست عناصر بالقوه سمناک کمک فراوانی می کنند. عناصر و ترکیبات شیمیایی در چرخه های رسوبی به صورت محلولهای نمک و یا جزء حل شده خاک از مواد هوازده، شسته شده و انتقال می یابند و در نهایت ممکن است به صورت کانی های جدید رسوب کرده و یا به وسیله موجودات زنده به عنوان مواد مغذی جذب گردند. از اینرو ترکیب شیمیایی رسوبات منعکس کننده شرایط طبیعی (زمین شناسی)، منشأ عناصر و نیز تاثیر همزمان فعالیت های انسان مانند معدنکاری، در حوضه آبریز رودخانه، مصب ها و سواحل است. این بخش ظرفیت بالایی برای ذخیره و تثبیت ترکیبات آلاینده دارد. همانطور که در فصل دوم عنوان شد، منطقه تکاب به دلیل جایگاه زمین‌شناختی ویژه‌ آن، در معرض آلودگی طبیعی آرسنیک قرار دارد. در این منطقه فعالیتهای آتشفشانی جوان و حضور چشمه های زمین گرمایی مرتبط با این فعالیتها به خوبی قابل مشاهده است. علاوه بر این حضور دو معدن بزرگ آرسنیک-طلا-جیوه در این ناحیه باعث آلودگی هرچه بیشتر منابع آب و رسوب گردیده است. بنابراین در این فصل سعی بر آن است تا با پوشش مکانی کامل از محیطهای آب و رسوب، غلظتهای طبیعی و انسانزاد و همچنین شدت اثرات زیست محیطی ایجاد شده در منطقه مورد مطالعه به دست آید.

3-1- مقدمه………………………………………………………………………….. 90

3-2- نمونه برداری…………………………………………………………………… 89

3-2-1- نمونه ‌برداری از محیط زمین‌شیمیایی آب……………………………….. 90

3-2-2- نمونه ‌برداری از رسوب……………………………………………………. 95

3-3- آب زمین شیمی چشمه های تراورتن ساز……………………………… 112

3-4- عناصر اصلی و جزئی در چشمه های تروارتن ساز……………………. 120.

3-5- فلزات سنگین در چشمه های تروارتن ساز…………………………….. 125

3-6- رده بندی آبهای زمین گرمایی……………………………………………. 132

3-6-1- منشأ آبهای زمین گرمایی منطقه تکاب………………………………. 134

3-6-1-2- نمودار سه تایی Cl-Li-B..ا……………………………………………. 137

3-7- کاربرد زمین دماسنجی شیمیایی………………………………………… 139

3-7-1- زمین دماسنج سیلیس(کوارتز)………………………………………… 140

3-7-2- زمین دماسنج کلسدونی………………………………………………… 140

3-7-3- زمین دماسنج کاتیونی…………………………………………………… 141

3-8- شاخص اشباع شدگی کانیها……………………………………………… 149

3-9- نمودارهای log(Q/k) در برابر دما(T)………………………………………. 151

3-10- نمودارهای فعالیت (Activity diagrams)………………………………… 152

3-11- مدل آمیختگی سیلیس-آنتالپی……………………………………………. 154

3-12- ترکیب ایزوتوپی چشمه های تراورتن ساز……………………………….. 156

3-13- آب زمین شیمی آبهای سطحی…………………………………………. 159

3-13-1- عناصر اصلی و جزئی در آبهای سطحی……………………………….. 159

3-13-2- فلزات سنگین در آبهای سطحی………………………………………… 165

3-14- زمینشیمی رسوبات…………………………………………………………. 181

3-14-1- خواص فیزیکوشیمیایی نمونه های رسوب……………………………. 182

3-15- غلظت کلی عناصر و تعیین شدت آلودگی رسوبات به فلزات سنگین   185

3-15-1- شاخص زمینانباشت…………………………………………………….. 185

3-15-2- ضریب آلودگی (Contamination Factor)…………………………….. 186

3-15-3- شاخص بار آلودگی(Pollution Load Index)………………………….. 189

3-16- تحلیل آماری داده‌های زمین شیمیایی نمونه های رسوب……………   194

3-16-1- ارتباط بین عناصر مختلف در رسوبات………………………………….. 194

3-16-2- تحلیل عاملی (Factor Analysis )……………………………………… 197

3-16-3- تست آماری من ویتنی (Mann-Whitney)……………………………. 200

3-16-4- ارزیابی شاخص خطر بوم شناختی بالقوه (Potential Ecological Risk Index)……………………………………………………………………………….  203

فصل چهارم :زمین شیمی خاک و گیاه

در بررسی چرخه زمین شیمیایی عناصر بویژه در مطالعات زیست محیطی، محیط زمین شیمیایی خاک اهمیت زیادی دارد. دلیل آن را می توان تأثیر این محیط به عنوان منبع ورود عناصر گوناگون به چرخه­های زیستی، جانوری و گیاهی (بویژه انسان) دانست. در حقیقت خاک به عنوان بخشی از چرخه حیات سطحی نقش مهمی در گردش عناصر ایفاء می کند، بنابراین خاک علاوه بر نقشی که در تداوم حیات دارد، در تکامل و حتی در پیدایش حیات نیز تأثیر عمده ای داشته است، از اینرو آلودگی این بخش از محیط زیست تأثیر زیادی بر سایر محیط­ها خواهد داشت. فرآیند خاکزایی به عوامل مختلفی از جمله اقلیم، ریز اندامگان­های خاک، توپوگرافی، نوع سنگ بستر و زمان بستگی دارد. تأثیرات انسان زاد بر خاک را می­توان زیرمجموعه ویژه ای از کل فرآیندهایی دانست که خاک در زمانی طولانی متحمل شده است. بنابراین عناصر، بویژه فلزات بالقوه سمّی در خاک می­توانند سنگ زاد (Lithogenic) یا انسان زاد (Anthropogenic) یا ترکیبی از هر دو باشند. آتشفشان­ها و غبارهای قاره­ای از منابع طبیعی عمده فلزات بالقوه سمّی هستند. گاهی غلظت بالای فلزات در خاک به دلیل وجود سنگ بستر سرشار از فلز است. به عنوان مثال فرّاح و پیکرینگ (Farrah and Pickering, 1977) گزارش کردند که وجود رگه­های معدنی و غلظت بالای روی، سرب و کادمیم در سنگ بستر خاک­های منطقه مندیپ در بریتانیا منجر به غنی شدن این خاک­ها از این عناصر شده است. همچنین بسیاری از فعالیت­های انسانی مانند استخراج و فرآوری معادن، سوزاندن سوخت­های فسیلی، کاربرد فلزات در صنعت، و استفاده از کودهای فسفاتی باعث انتشار فلزات بالقوه سمّی و انباشت آن­ها در محیط خاک می­شود. حضور آلاینده­ها در خاک نسبت به سایر بخش­های زیست­کره طولانی­تر بوده و به نظر می­ رسد آلودگی خاک بویژه به وسیله فلزات سنگین، دائمی باشد. فلزات انباشته شده در خاک به آرامی توسط فرآیندهای فرسایش آبی و نیز جذب گیاهی از محیط خارج می­شوند. تمام تخمین­ها و بررسی­ها نشان داده است که حرکت و انتقال کامل آلودگی­های فلزی از خاک­ در کوتاه­مدت تقریباً غیرممکن است (Kabata-pendias and Pendias, 2001). شیمی خاک، تعیین­کننده ظرفیت خاک برای نگهداری گونه­های مختلف گیاهی است. گیاهان به دلیل بافت ویژه و سازگاری محیطی می­توانند غلظت های بالایی از فلزات سنگین را در بافت اندامهای خود جای دهند و خود گیاهان واسطه­ای برای انتقال این عناصر به شبکه غذایی باشند. به همین دلیل، خاک می تواند منبع آلاینده محصولات غذایی آلوده مانند سبزیجات، و خوراک دام باشد، که فلزهای سنگین را زیست­انباشت می­کنند (Siegel, 2002) و در برخی مواقع به از بین رفتن گیاه منجر می­شوند (Shaw, 1989).در این فصل به ارزیابی پتانسیل آلایندگی عناصر بالقوه سمّی در محیط خاک و گیاه (بر پایه منابع طبیعی و انسانزاد) در منطقه تکاب پرداخته می شود. در این ارتباط از شیوه های آماری رایج و همچنین بررسی زیست دسترس پذیری عناصر در محیط خاک با استفاده از فن استخراج گزینشی نیز بهره گرفته شده است.

4-2- نمونه ‌برداری و آماده سازی نمونه های خاک و گیاه

در این پژوهش برای نمونه برداری از خاک کشاورزی از روش ترکیبی استفاده شده است (Fordyce et al., 2005).  تعداد 15 نمونه­ پس از برداشت از عمق صفر تا20 سانتیمتری توسط بیلچه­های پلاستیکی، در کیسه­های پلاستیکی مخصوص جای داده شد (شکل 4-2). نمونه ها پس از انتقال به آزمایشگاه زمین شیمی دانشگاه شیراز در دمای اتاق خشک، و پس از عبور از الک 220 مش(کمتر از 63 میکرون) برای تجزیه 37 عنصری به روش ICP-MS به آزمایشگاه Acme کانادا ارسال شدند. علاوه براین  بخشی از نمونه برای دانه‌سنجی به روش غربال کردن(Sieving) و هیدرومتری(Hydrometry) آماده شد. بسته به شرایط موجود در منطقه از نمونه های گیاهی غالب به عنوان شاخص زیستی انتقال عناصر در چرخه زیست زمین شیمیایی، نمونه برداری گردید. با توجه به این موضوع و همچنین پوشش غالب گیاهی در منطقه، دانه گیاهان گندم (Triticun aestivum L.)، نخود (Cicer arietinum L.) و جو (Hordeum vulgare L.) و برگ گیاه علوفه ای یونجه (Medicago sativa L.) و برگ یک نوع گیاه محلی (قازان قره) از خانواده نعناعیان (Saliva syriaca L.)، برای نمونه­برداری انتخاب شدند. لازم به ذکر است که تعیین جنس و گونه گیاهان مورد مطالعه در این پژوهش در بخش زیست شناسی دانشگاه شیراز صورت گرفت. در مجموع 25 نمونه گیاه از محل جمع آوری نمونه های خاک برداشت شد. کشت محصولات کشاورزی در منطقه مورد مطالعه به دو روش دیم و آبی صورت می­گیرد (شکلهای 4-3 تا 4-5). در برخی از روستاها از هر دو نوع کشت نمونه­برداری شد تا تأثیر آبهای آلوده در افزایش غلظت عناصر بالقوه سمّی بویژه آرسنیک، در خاک و گیاهان مشخص گردد. نمونه های گیاهی پس از ارسال به آزمایشگاه زمین شیمی دانشگاه شیراز 3 بار با آب مقطر شسته­شدند. سپس نمونه ها در دمای اتاق خشک و توسط آسیاب برقی پودر شده و برای تجزیه 37 عنصری به روش ICP-MS به آزمایشگاه Acme کانادا ارسال گردیدند. موقعیت و نام روستاهایی که برای نمونه­برداری خاک و گیاه انتخاب شده­اند، در جدول های 4-1 و 4-2 آورده شده است. جدول های 4-3 و 4-4 به ترتیب نتایج خلاصه آماری غلظت عناصر در نمونه های خاک و گیاه و شکل 4-1 موقعیت ایستگاه نمونه­برداری از هریک از این محیط ها را نشان می­دهند.

2

4-1- مقدمه………………………………………………………………………… 204

4-2- نمونه ‌برداری و آماده سازی نمونه های خاک و گیاه   …………………..205

4-2-1- اندازه گیری پارامترهای کیفی خاک……………………………………. 207

4-3- استخراج ترتیبی (گزینشی) عناصر در نمونه های خاک ………………  209

4-4- تعیین کسر انحلال پذیر عناصر در آب…………………………………….. 212

4-5- ویژگی آب آبیاری در منطقه تکاب………………………………………… 220

4-6- ویژگی گیاهان منطقه تکاب……………………………………………….. 222

4-7- ویژگی فیزیکوشیمیایی خاک در منطقه تکاب.. …………………………222

4-8- غلظت فلزات سنگین در خاک…………………………………………… 225

4-9- گونه سازی عناصر در خاک………………………………………………. 227

4-10- ضریب تحرک عناصر………………………………………………………. 246

4-11- ضریب انتقال خاک به گیاه………………………………………………… 248

4-12- تحلیل آماری دادههای خاک……………………………………………… 253

4-12-1- نمودار هیستوگرام فراوانی……………………………………………. 253

4-12-2- ضریب غنی شدگی……………………………………………………. 256

4-12-3- ضریب آلودگی…………………………………………………………… 258

4-12-4-  درصد عامل انسانزاد (Anthropogenic Factor, An %)………….. 260

4-12-5- تحلیل مولفه اصلی (Principal Component Analysis). ………….262

4-13- خطر سلامتی بالقوه (Potential Health Risks)……………………….. 256

4-14- بررسی نقشه های هم غلظت عناصر…………………………………… 259

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

منطقه تکاب به دلیل جایگاه زمین‌شناختی ویژه‌، در معرض آلودگی طبیعی آرسنیک قرار دارد. فعالیتهای آتشفشانی جوان و حضور چشمه های زمین گرمایی مرتبط با این فعالیتها و همچنین وجود دو معدن بزرگ آرسنیک-طلا-جیوه زرشوران و آق دره باعث آلودگی هرچه بیشتر محیط زیست در این منطقه گردیده است. بنابراین در این پژوهش سعی بر آن بود تا با پوشش مکانی کامل محیطهای آب، رسوب، خاک و گیاهان، غلظتهای طبیعی و انسانزاد و همچنین شدت اثرات زیست محیطی ایجاد شده در این منطقه به دست آید. به طور کلی نتایج این پژوهش را می توان بصورت زیرخلاصه کرد:

– آرسنیک به همراه دیگر آلاینده های زیست محیطی مانند جیوه، آنتیموان، سلنیم، تالیم، بور، لیتیم و هیدروژن سولفید در محیط زمین گرمایی تشکیل می شود. این عناصر به عنوان یک مجموعه زمین گرمایی (geothermal suite) شناخته می شوند.

– چشمه های منطقه مورد مطالعه بر حسب دمای سطحی به دو دسته چشمه های آب گرم (دما بیش از 20 درجه سانتی گراد) و چشمه های آب سرد (دما کمتر از 20 درجه سانتی گراد) تقسیم شدند. از نظر pH بیشتر چشمه های آب گرم کمی اسیدی بوده و بر اساس سنگ میزبان, کل جامدات حل شده (TDS) و عناصر اصلی و جزئی به دو گروه اصلی تقسیم شدند. گروه اول شامل چشمه های آب گرم منطقه تخت سلیمان (نمونه های W17, W15, W14, W13, W12, W8) و آق دره (W42) می شود. سنگ میزبان این دسته از چشمه ها بیشتر آتشفشانی و رسوبی است. چشمه های واقع در منطقه قینرجه (W22, W21  وW23) با سنگ میزبان دگرگونی، دومین گروه را تشکیل می دهند.

– چشمه های آب سرد نیز مانند چشمه های آب گرم به دو گروه اصلی تقسیم شدند. گروه اول شامل چشمه هایی با دمای پایین، TDS کم، pH کمی اسیدی تا خنثی و حاوی  غلظت پایین کلر می شود. این دسته از چشمه ها از سنگهای رسوبی و پهنه های تراورتنی منطقه تخت سلیمان منشأ گرفته اند. دومین گروه (W19 و W30) شامل چشمه هایی با مقادیر TDS، سولفات، بیکربنات و غلظت بالای کلر (39-857mg/L ~) مشخص می شوند.

5-1- نتایج…………………………………………………………………………… 269

5-2- پیشنهاد برای مطالعات آینده………………………………………………. 290

فهرست مراجع……………………………………………………………………… 291

ABSTRACT

Following the appearance of symptoms of arsenic toxicity in the inhabitants of the west of Iran the concentration of arsenic and associated elements in various parts of biogeochemical cycle is investigated in this thesis. For this purpose, water, sediment, soil and plant samples are collected and analysed. This study also investigates the bioavailability, water-soil to plant transfer and health risks of arsenic (As), antimony (Sb) and mercury (Hg).  Most hot springs are slightly acidic and may be divided into two main groups on the basis of their host rock, total dissolved solids (TDS), and major and minor elements. One group is hot water samples from Takhte-Soleyman and Aqdarreh with sedimentary and volcanic host rocks, and the other is Qinerjeh field in which water ascends and spreads through metamorphic host rocks. Graphic technics such as binary and ternary diagrams, and special Giggenbach diagram were used to understand the deeper mixing conditions and locations of springs in the model system. The results suggest that none of the spring samples is original deep geothermal fluid. The springs are heated by mixing a small amount of deep geothermal fluid with shallow and cold groundwater or low conductive heat flow. The hot waters in the study area are classified as Ca (SO4)–HCO3 and Ca-SO4 type waters, with Ca-Na-SO4-HCO3 type being the main water type in cold springs. High minor element contents in thermal waters, such as Si, B and Sr, are probably derived from extended water–rock interaction, and may be regarded as indicators of flow paths and residence time. Mixing ratios between cold and thermal waters is evaluated using Cl, Na, and B concentrations, and a mass balance approach. Calculated quartz and chalcedony geothermometer gives reservoir temperatures of ~39 to 92 ˚C, which is lower than values obtained by cation geothermometers. The silica-enthalpy mixing model predicts a subsurface reservoir temperature between 62 and 90 ˚C. Apparently most hot waters are mixed with cold ones. The δ18O and δD (δ2H) are used to trace and determine the origin and movement of water. δ18O–δ2H contents of hot springs despite having higher temperatures, are more negative than cold ones. All waters are plotted close to the local meteoric line, parallel to the world meteoric line, indicating local meteoric origin of both hot and cold waters. Irrigation Water, surface soils from

agricultural lands, and cultivated plants were collected from three polluted sites and analysed for As, Sb and Hg to assess associated health risks. As content in irrigation water ranges from 23.4 to 986.4 μg/L, whereas surface soil total As content is in the range of 16.3 to 492 mg kg-1. The results agree with other reports that metal(loid) concentrations in leaves are usually much higher than in grain. The majority of investigated plant species showed a significant correlation between As, Sb and Hg contents in their aerial parts and that available in the soil (r = 0.82, p = 0.012; r = 0.84, p = 0.004; r = 0.79, p = 0.011). Factors influencing the bioavailability of metal (loids) and their occurrences in plants are soil pH, cation exchange capacity (CEC), phosphate, calcite and organic matter (OM) content, soil texture and interaction between target elements. Available As in analysed soils is relatively low, implying that phosphate as well as Fe-oxy-hydroxides and calcite, are effective in absorbing As. But, sequential extraction analysis indicates that iron oxy-hydroxide surfaces can bind both As and Sb, with As being more strongly bound. The calculated bioaccumulation factor (BAF) based on total metal (loids) and available metal (loids) in soil indicate that alfalfa (Medicago sativa L.) and sage (Saliva syriaca L.) are effective accumulators of As, Sb and Hg. The health risk index (HRI) of the studied plants ranged from 0.0003 to 5.71, with the maximum being in wheat (Triticun aestivum L.), an alarming sign for human health. It is suggested that health risks from long-term consumption of wheat and other As-rich foodstuffs must be managed by monitoring contamination in the water–soil–plant pathway.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان