بررسی پراکنش عنصر مس در خاک تحت تاثیر فعالیت های معدن مس میدوک (شهربابک)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، مهندسی خاکشناسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

10.22034/jest.2019.13955

چکیده

زمینه و هدف: افزایش فعالیت‌های صنعتی توأم با تولید آلاینده‌ها ازجمله فلزات سنگین یکی از عوامل اصلی آلاینده‌ی آب‌ و خاک به شمار می‌رود. یکی از فعالیت های بشری که باعث آلودگی منابع طبیعی از جمله خاک می شود فعالیت های معدنی است.
روش بررسی: در این پژوهش پهنه بندی غلظت عنصر مس به عنوان آلودگی خاک در اطراف معدن مس میدوک مورد مطالعه قرار گرفت. دو مسیر نمونه برداری با توجه به موقعیت روستا های اطراف در نظر گرفته شد. نمونه برداری به صورت سیستماتیک از 360 نقطه نمونه گیری انجام شد. هضم نمونه ها و اندازه گیری غلظت در آزمایشگاه و به روش جذب اتمی انجام شد. در این پژوهش از شاخص زمین انباشتگی مولر برای بررسی درجه‌ی آلودگی خاک به فلزات سنگین استفاده شد. در نهایت با استفاده از روش کریجینگ نرمال غلظت عنصر مس و درجه آلودگی خاک پهنه بندی شد. 
یافته ها: نتایج نشان داد که غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری D در نقطه نمونه‌برداری 3D و برابر 5/697 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده و کم­ترین غلظت عنصر مس در این مسیر در نقطه D11 برابر با 35/6 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده است. شاخص زمین انباشتگی نشان می‌دهد که آلودگی عنصر مس در مسیر نمونه D ( جنوب معدن) بیش­تر است، که می‌تواند به دلیل قرار گرفتن این مسیر در راستای معدن و بر روی شیب در جهت باد غالب جنوبی باشد.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان می‌دهد بافاصله گرفتن از معدن از درجه آلودگی مس در هر دو مسیر کاسته می‌شود که می‌تواند نشان­دهنده نقش معدن در ایجاد آلودگی عنصر مس در خاک‌های منطقه باشد. 

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره دو ، اردیبهشت 98

                                        

 

بررسی پراکنش عنصر مس در خاک تحت تاثیر فعالیت های معدن مس میدوک (شهربابک)

 

محمد صادق غضنفری مقدم [1] *

s.ghazanfari@kgut.ac.ir

جواد اورعی[2]

 

تاریخ دریافت:18/08/95

تاریخ پذیرش:25/05/96

 

چکیده

زمینه و هدف: افزایش فعالیت‌های صنعتی توأم با تولید آلاینده‌ها ازجمله فلزات سنگین یکی از عوامل اصلی آلاینده‌ی آب‌ و خاک به شمار می‌رود. یکی از فعالیت های بشری که باعث آلودگی منابع طبیعی از جمله خاک می شود فعالیت های معدنی است.

روش بررسی: در این پژوهش پهنه بندی غلظت عنصر مس به عنوان آلودگی خاک در اطراف معدن مس میدوک مورد مطالعه قرار گرفت. دو مسیر نمونه برداری با توجه به موقعیت روستا های اطراف در نظر گرفته شد. نمونه برداری به صورت سیستماتیک از 360 نقطه نمونه گیری انجام شد. هضم نمونه ها و اندازه گیری غلظت در آزمایشگاه و به روش جذب اتمی انجام شد. در این پژوهش از شاخص زمین انباشتگی مولر برای بررسی درجه‌ی آلودگی خاک به فلزات سنگین استفاده شد. در نهایت با استفاده از روش کریجینگ نرمال غلظت عنصر مس و درجه آلودگی خاک پهنه بندی شد. 

یافته ها: نتایج نشان داد که غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری D در نقطه نمونه‌برداری 3D و برابر 5/697 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده و کم­ترین غلظت عنصر مس در این مسیر در نقطه D11 برابر با 35/6 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده است. شاخص زمین انباشتگی نشان می‌دهد که آلودگی عنصر مس در مسیر نمونه D ( جنوب معدن) بیش­تر است، که می‌تواند به دلیل قرار گرفتن این مسیر در راستای معدن و بر روی شیب در جهت باد غالب جنوبی باشد.

بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان می‌دهد بافاصله گرفتن از معدن از درجه آلودگی مس در هر دو مسیر کاسته می‌شود که می‌تواند نشان­دهنده نقش معدن در ایجاد آلودگی عنصر مس در خاک‌های منطقه باشد.

واژه های کلیدی : آلودگی خاک، معدن مس، پهنه بندی، شاخص زمین انباشتگی.

 

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 21, No.2,April, 2019

 

 

 

 

 


Distribution of Copper Concentration in Soil affected by Meyduk Mining Activities (Shahr-Babak)

 

Sadegh Ghaznfari [3]*

s.ghazanfari@kgut.ac.ir

Javad Oraee [4]

 

Admission Date: August 16, 2017

Data Received: November 8, 2016

 

Abstract

Background and Objective: Increasing industrial activities associated with the production of pollutants, including heavy metals, is one of the main causes of water and soil pollution. Mineral activities are one of the human activities that cause pollution of the natural resources such as soil.

Method: In this study, the zoning concentration of copper as soil contamination around Meyduk copper mine was investigated. The direction samples were taken according to the situation of surrounding villages. Systematic sampling of 360 samples had been collected through the directions. Measuring the concentration of sample was done using atomic absorption method in the laboratory. To indicate the degree of soil pollution with heavy metals, Muller’s geoaccumulation index was used.

Finally, in order to estimate the normal concentration of Cu and pollution of soil, Kriging method was used.

Results: Results showed that the maximum amount of Cu concentration is 697.5 mg/kg and the minimum is 6.35 mg/kg. The Cu concentration trend in direction D was more than direction M due to the direction of local dominant wind.

Discussion and Conclusion: By receding from location of mine, the overall trend of Cu concentration decreased. This indicated the role of mine activities on soil pollution.

 

Keywords: Soil pollution, Copper mine, Zoning, Geoaccumulation index.


مقدمه


افزایش فعالیت‌های صنعتی توأم با تولید آلاینده‌ها ازجمله فلزات سنگین یکی از عوامل اصلی آلاینده‌ی آب‌ و خاک به شمار می‌رود (1). در­­این ‌بین، آلودگی‌ها می‌تواند هم به‌طور طبیعی و هم از طریق فعالیت‌های انسانی سبب ورود فلزات سنگین به خاک شود (2). به‌طورکلی حدود 1150 میلیون تن از فلزات سنگین (نظیر مس، سرب، کبالت، روی، کادمیوم ) تاکنون توسط بشر استخراج ‌شده‌اند. تخمین زده می‌شود که برداشت سالانه 14 میلیون تن فلزات سنگین از معادن، با رشد حدود 4/3 % همراه باشد (3). پیشرفت، صنعتی شدن و نیاز فزاینده به انرژی و مواد معدنی، منجر به افزایش استخراج از معادن شده است که همین امر باعث ایجاد عدم توازن در تعادل اکولوژی شده و همچنین خطرهای محیط زیستی بسیاری را به وجود آورده است (4، 5، 6). تمامی فلزات سنگین در غلظت‌های بالا دارای اثر سمی فوق‌العاده قوی هستند و به­‌نوعی، آلاینده‌های محیط زیستی تلقی می‌گردند (7، 8، 9، 10).

فلزات سنگین جزء مواد شیمیایی غیر آلی موجود در آب دسته‌بندی می‌شوند و با بررسی آن‌ها، کیفیت شیمیایی آب موردبررسی قرار می‌گیرد (11). فلزات سنگین به علت دارا بودن خصوصیاتی نظیر سمیت، پایداری و غیرقابل فرسایش بودن در محیط‌زیست، به‌عنوان آلاینده‌های مهم مطرح هستند (12).  با توجه به مراحل مختلف استخراج و استحصال مس، گردوغبار ناشی از عملیات استخراج (خرد کردن و آسیاب کردن)، دود خارج‌شده از دودکش‌ها حاصل از فعالیت کارخانه تغلیظ، دوغاب جمع‌آوری‌شده حاصل از باطله تولیدی کارخانه تغلیظ و زه آب حاصل از ته‌نشینی باطله در سه رسوب‌گیر، هریک می‌توانند سبب ورود آلودگی به هوا، خاک و آب‌های سطحی (سفره‌های آب زیرزمینی) شوند که نقش هریک از این عوامل در آلوده کردن محیط‌زیست می‌تواند موردبررسی قرار گیرد (7).

دانشمندان زیادی بر روی آلودگی های ناشی از فعالیت های صنعتی و معدنی بر روی خاک تحقیق کرده اند. یانزاهو و همکاران (2005) امکان استفاده از انعکاس طیفی را به‌عنوان روشی سریع  در ارزیابی عناصر آلاینده‌ی Cu، Hg، Pb، Zn، As، Ni، Cr در حومه شهر نانجینگ در چین مورد تحقیق قرار دادند. در گزارشی که آن‌ها ارایه دادند، روش انعکاس طیفی  غلظت Pb، Ni، Cr، Cu نسبت به As، Zn، Hg  با دقتی بیش­تر پیش‌بینی نمود (13). بهویان و همکاران(2010) آلودگی فلزات سنگین را در خاک‌های کشاورزی با استفاده از چندین شاخص فاکتور غنی شدگی (CF) شاخص زمین انباشتگی (lego) و شاخص بار آلودگی (PLI) موردبررسی قراردادند. نتایج ایشان حاکی از غنی شدگی معدنی خاک‌ها با فلزات تیتانیم،  منگنز، روی، سرب، آرسنیک، آهن، استرانسیم و آنتی‌مرال حاصل از فعالیت‌های معدنی می‌باشد (14). وانگ و همکاران (2002) در مطالعات خود به بررسی پتانسیل تجمع فلزات سنگین در خاک‌های کشاورزی در اثر کاربرد مواد شیمیایی پرداخته و به این نتیجه رسیدند که استفاده‌ی روزافزون از این مواد، موجب افزایش غلظت فلزات سنگین در محیط‌زیست می‌شود (15). شفیعی و شیرانی (1392) به پهنه‌بندی غلظت مس و بررسی همبستگی PH و BC با عنصر مس در خاک‌های اطراف مجتمع مس سرچشمه پرداختند که درنتیجه‌ی تحقیقات خود دریافتند PH همبستگی معنادار و منفی و BC همبستگی مثبت و ‌معناداری با غلظت مس قابل‌جذب دارد (16). شفیعی و همکاران (1391) با اندازه‌گیری غلظت آرسنیک و سلنیم در 60 نمونه از خاک‌های اطراف معدن مس سرچشمه با استفاده از روش اسپکتروفتومتری به این نتیجه رسیدند که غلظت این عناصر در نزدیکی معدن بیش­تر بوده و بافاصله گرفتن از معدن، غلظت آن‌ها کاهش می‌یابد همچنین عنصر سلنیم در محدوده‌ی غیر آلوده و عنصر آرسنیک در محدوده کمی آلوده تا شدیداً آلوده قرار می‌گیرد (17). کمپر و سومر (2002) در مطالعه خود، غلظت عناصر سنگین را در اطراف معدنی در شمال اسپانیا با استفاده از میزان انعکاس  مادون‌قرمز پهنه‌بندی کرد. نتایج آنالیزهای شیمیایی او نشان داد که غلظت Fe، Cu، As، Cd، Zn، Hg، Pb بالاتر از مقادیر معمول بوده است (18). ویثرز و لرد (2002) ورود مواد مغذی استفاده‌شده در فعالیت‌های کشاورزی را به منابع آب‌های سطحی و زیرزمینی انگلستان بررسی کردند. مطابق بررسی‌های انجام‌شده، رهاسازی نیتروژن و فسفر در پساب‌های کشاورزی می‌تواند منجر به کاهش کیفیت آب این منابع و نیز افزایش خطر برای سلامتی انسان‌ها گردد­(19).

در این راستا، با توجه به وجود ذخایر عظیم مس در دنیا به خصوص در ایران، و درآمد هنگفت ناشی از اکتشاف و استحصال مس، از دیرباز استخراج و فرآوری مس مورد توجه قرار گرفته است که این امر سبب شده است که استخراج مس از معادن، نقش پر رنگی در افزایش غلظت فلزات سنگین به محیط زیست داشته باشند و به همین جهت آگاهی از روش های تغلیظ و استحصال مس می تواند دید بهتری را جهت بررسی نقش معادن مس در ورود فلزات سنگین به محیط زیست به ما می دهد. لذا آشنایی با مراحل مختلف استخراج، استحصال و تغلیظ مس از نقطه نظر راه های ورود آلودگی از طریق معدن به محیط زیست حایز اهمیت است. این موضوع نشان­گر اهمیت تحقیق و پژوهش در مورد تأثیر معادن مس در آلوده کردن محیط‌زیست اطرافشان به فلزات سنگین را می باشد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی میزان غلظت فلز سنگین مس (Cu) و پهنه‌بندی آلودگی آن با استفاده از نرم‌افزار GIS در دشت شهربابک در اثر فعالیت معدن مس میدوک است.

منطقه‌ی مطالعاتی

معدن مس میدوک در 42 کیلومتری شمال شرق شهرستان شهربابک و 142 کیلومتری شمال غرب معدن مس سرچشمه در استان کرمان واقع‌ شده است و دارای مختصات جغرافیایی 55 درجه و 10 دقیقه طول شرقی و 30 درجه و 25 دقیقه عرض شمالی می‌باشد. سیمای ظاهری میدوک به ‌صورت تپه‌های نسبتاً گرد و با شیب ملایم و دره‌های کم‌عمق است که بالاترین ارتفاع آن از سطح دریا 2842 متر می‌باشد.

محدوده معدن مس میدوک دو توده نفوذ کم‌عمق مس پورفیری را در بر می‌گیرد که هریک از این دو توده نام محلی خاص خود را دارا می‌باشند. یکی از آن‌ها میدوک(لاچاه) و دیگری سارا می‌باشد. کارگاه اصلی در محل معدن میدوک است. که در هفت کیلومتری شمال غرب روستای میدوک واقع‌شده است.

روش پهنه بندی

روش زمین آمار کریجینگ برای توزیع مکانی فلزات سنگین خاک، پتانسیل بالایی دارد و هم چنین به عنوان روش مناسبی برای درون یابی و تهیه نقشه های آلاینه ها پیشنهاد شده است (20). جیاکن و همکاران (2007)، در مطالعه‌ی خود از تکنیک‌های کریجینگ معمولی و کریجینگ لگاریتم نرمال برای تهیه‌ی نقشه‌های الگوی مکانی عناصر (کروم، جیوه، سرب، آرسنیک، کادمیوم و مس) استفاده کردند. نتایج آن‌ها نشان داد که کادمیوم با مدل خطی، کروم با مدل نمایی و دیگر فلزات سنگین با مدل کروی منطبق هستد.  در این پژوهش تغییرات مکانی عناصر Cr،As، Cu، Pb، Cd، Hg را برای چانگزینگ در استان ژیجانگ چین با بررسی 655 نمونه خاک تعیین شد. آن‌ها فنون زمین‌آمار و GIS را به کاربردند و از کریجینک نرمال و کریجینگ عمومی جهت تهیه نقشه و توزیع مکانی Pb،Hg،As،Cu استفاده کردند (21، 22، 23). در این تحقیق برای پهنه بندی غلظت فلزات سنگین و بررسی تغییرات مکانی از روش کریجینگ معمولی استفاده شد.

 نمونه‌برداری

نمونه‌برداری به روش سیستماتیک به محوریت معدن مس میدوک در دو جهت جنوب غربی معدن به سمت شهربابک و جنوب شرقی معدن به­سمت روستای هرتاسک انجام شد. برای این کار ابتدا منطقه مورد مطالعه با استفاده از نرم‌افزار GIS شبکه‌بندی شد. محل اتصال شبکه‌ها به‌عنوان نقاط نمونه‌برداری تعیین شد. نمونه‌برداری در اوایل تیرماه انجام گرفت. در نمونه‌برداری، پس از نقطه‌یابی، در محل نقطه، یک پلات 20 × 20 متر (ماکرو پلاست) در نظر گفته شد و داخل آن به‌صورت V شکل سه­پلات 3 × 3 متر (میکرو پلات) قرارداده شد. سپس از داخل هر میکرو پلات تعداد 5 نمونه خاک به‌صورت ضرب­دری از عمق 20-0 سانتی‌متری خاک برداشت شد و پس از مخلوط کردن آن‌ها، یک نمونه‌ی مرکب به وزن حدود 2 کیلوگرم برداشت شد. در مجموع 24 نمونه خاک برداشت شدند که سهم هر یک از دو مسیر نمونه‌برداری 12 نمونه خاک مرکب شد (24).

نمونه‌ها پس از خشک شدن، از الک دو میلی‌متری عبور داده شد و جهت آنالیز آماده گردید. هضم نمونه‌ها نیز با استفاده از روش Agva Regia انجام پذیرفت. هضم نمونه‌ها با استفاده از اسید نیتریک (HNO3)،  هیدروکلریک اسیدHCL)  ( انجام گرفت (25). پس از عصاره‌گیری از کل نمونه‌ها، غلظت فلزات سنگین در هر نمونه با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد.

برازش واریوگرام

برای برازش واریوگرام تجربی از انواع متداول آن مانند خطی،
توانی، نمایی و گوسی استفاده شد. با توجه به نتایج برازش هر یک از این روش‌ها، در نهایت مدل واریوگرام نمایی بهترین برازش را نشان داد. از نرم افزار Variowin2.2 برای برازش داده‌های غلظت آلودگی استفاده شده است. در شکل 1 واریوگرام آن برای غلظت آلودگی ارایه­شده که دامنه تاثیر آن برابر شش کیلومتر، سقف آن 08/1 برحسب واحد بدون بعد، اثر قطعه‌ای آن صفر  و معیار RMSE برابر 038/0 بدست آمده است.

 

 

 

شکل 1- برازش واریوگرام غلظت آلودگی

Figure1- Variogram of pollution concentration fitting

 

شاخص زمین‌انباشت

 

در مطالعات محیط زیستی، زمانی که توزیع زمین‌شناسی عناصر در محیط حاصل، ترکیبی از عوامل انسان‌زاد و طبیعی باشد روند تغییرات با استفاده از شاخص‌های آلودگی موردمطالعه قرار می‌گیرد. جهت تعیین میزان آلایندگی خاک به فلزات سنگین در یک منطقه، بایستی میزان غلظت عناصر در آن منطقه با یک استاندارد شناخته‌ شده مقایسه شود (26). در این پژوهش از شاخص زمین انباشتگی برای بررسی درجه‌ی آلودگی خاک به فلزات سنگین استفاده شد. شاخص زمین انباشتگی[5] که توسط مولر معرفی‌شده است (مولر و همکاران، 1969)، شاخصی است که می‌تواند درجه‌ی آلایندگی خاک را تعیین کند و از رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود (27).

(1)

 

بر اساس شاخص زمین انباشتگی (Igeo) مولر، cn  غلظت اندازه‌گیری شده‌ی فلز امتحان شده در خاک،  log2 لگاریتم بر پایه‌ی دو، Bn  غلظت زمینه ژئو شیمی در فلز امتحان مشابه است.ضریب 5/1، ضریب تصحیح زمینه، ناشی از اثرات لیتولوژیکی است. به‌عبارت‌دیگر در این رابطه برای اینکه اثرات مواد مادری خاک و نوسانات طبیعی محتوای ماده داده‌شده در اثر فعالیت‌های انسانی تصحیح شود، از ضریب 5/1 استفاده می‌شود (27) اصطلاح زمینه ژئوشیمیایی به‌عنوان فراوانی نرمال یک عنصر در یک زمین بایر یا خاک بدون اثر فعالیت‌های انسانی گفته می‌شود(28). غلظت زمینه برای عنصر مس 275/8 میلی‌گرم بر کیلوگرم اندازه‌گیری شد.  در این پژوهش، غلظت زمینه برای عنصر مس از میانگین 12 نمونه خاک که به‌طور تصادفی از مناطقی که تحت هیچ‌گونه فعالیت انسانی قرار­نداشتند محاسبه شد (29). به‌این‌ترتیب، غلظت زمینه برای Cu

 

اندازه‌گیری شد. مولر بر اساس شاخص زمین انباشتگی، خاک‌ها را ازنظر درجه­آلودگی به هفت گروه طبقه‌بندی کرده است. جدول 1 طبقه‌بندی مذکور را نشان می‌دهد.

جدول1- طبقات شاخص زمین انباشتگی (38)

Table 1-The Geoacumulation index`s classes (38)

درجه آلودگی خاک

شاخص زمین انباشتگی

غیر آلوده

>0

غیر آلوده تاکمی آلوده

0-1

کمی آلوده

1-2

کمی آلوده، تا خیلی آلوده

2-3

خیلی آلوده

3-4

خیلی آلوده تا شدید آلوده

4-5

شدید آلوده

<5

 

نتایج و بحث

بیش­ترین غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری D در نقطه نمونه‌برداری 3D و برابر 5/697 میلی‌گرم بر کیلوگرم به دست آمد و کم­ترین غلظت عنصر مس در این مسیر در نقطه D11 و 35/6 میلی‌گرم بر کیلوگرم به‌دست‌آمده با این توضیح که در این مسیر نمونه‌برداری شماره نقاط نمونه‌برداری با فاصله گرفتن از معدن زیاد می‌شود (D1  کم­ترین فاصله و D12 بیش­ترین فاصله). بیش­ترین غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری m، در نقطه m1 به مقدار mg/kg 785/51 به دست آمد و کم­ترین غلظت عنصر مس در این مسیر در نقطه 5m به مقدار  به مقدار mg/kg 95/5 به دست آمد (شماره نقاط نمونه‌برداری بافاصله گرفتن از معدن زیاد می‌شود کم­ترین فاصله m1 و بیش­تر فاصله  5m). در مسیر نمونه‌برداری D، نقطه 3D فاصله کم­تری را نسبت به D11 از معدن مس میدوک را شامل می‌شود.

شکل 2 نقشه تغییرات غلظت عنصر مس را در اطراف روستاها و نقاط نمونه‌ برداری منطقه مورد مطالعه نشان می‌دهد، که با توجه به آن بیش­ترین غلظت عنصر مس در اطراف معدن مس میدوک در مسیر نمونه‌برداری D قرار دارد که با رنگ آبی در نقشه مشخص‌ شده است . در شکل 2 غلظت‌های بالای مس به‌صورت لکه‌های آبی در اطراف معدن مس میدوک نشان داده‌شده است و غلظت‌های پایین مس بافاصله گرفتن از معدن مس میدوک به‌صورت گستره وسیعی از رنگ نارنجی نشان داده‌شده است . از مقایسه غلظت‌های مس در مسیر نمونه‌برداری D با مسیر نمونه‌برداری M با توجه به جدول2 مشخص می شود که بیش­ترین غلظت‌های عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری D قرارگرفته است زیرا مسیر نمونه‌برداری D، در راستای معدن (جنوب معدن) قرار دارد. با توجه به شکل2، 8 نقطه نمونه‌برداری از مسیر D، در غلظت‌های بالای مس که با رنگ آبی در نقشه مشخص‌شده است، قرارگرفته‌اند. این در حالی است که هیچ ‌یک از نقاط نمونه‌برداریM  در این محدوده قرار ندارد .

شکل 3 نمودار تغییرات غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداری D را نشان می‌دهد. این نمودار بیان میکند که بافاصله گرفتن از معدن غلظت عنصر مس کاهش‌یافته است. در این نمودار در نقطه 6D شاهد افزایش غلظت مس برخلاف رنگ کاهش غلظت بافاصله گرفتن از معدن هستیم که علت تأثیر باد غالب منطقه است. جهت باد غالب منطقه مورد مطالعه در جهت جنوب است. به نظر می‌رسد باد غالب باعث انتقال مس به نقطه 6D و دراپ بیش­تر ذرات در این فاصله از معدن شده است. مسیر D در جهت جنوب معدن و باد غالب جنوبی در گلباد منطقه قرار دارد.

 

شکل2-  نقشه پهنه‌بندی غلظت عنصر مس در اطراف روستاها و نقاط نمونه‌برداری

Figure 2- Copper concentration zoning map around villages and sampling points

 

شکل 4 ‌نمودار تغییرات غلظت عنصر مس را در مسیر نمونه‌برداری M نشان می‌دهد این نمودار نشان می‌دهد بافاصله گرفتن از معدن مس میدوک غلظت عنصر مس در این مسیر کاهش‌یافته است . در این نمودار برخلاف روند کاهش  در نقطه 6M شاهد افزایش غلظت عنصر مس هستیم که این افزایش احتمالاً تحت تأثیر باد جنوب غربی است که باعث انتقال ذرات معلق به این نقطه شده است. مسیر نمونه‌برداری M در جهت جنوب غربی معدن مس میدوک است. شیب شدید جنوب غربی بلافاصله از معدن باعث شده است که ذرات به خوبی در سطح خاک نشست نکنند. همچنین در اثر آب­شویی جریانات سطحی به دلیل شیب زمین، تا نقطه نمونه برداری 5 کاهش غلظت مس مشاهده می شود (شکل 3).

 

 

 

شکل 3- غلظت عنصر مس در مسیر نمونه برداری D

Figure 3- Copper conventration in D sampling direction

 

 

شکل 4 - نمودار تغییرات غلظت عنصر مس در مسیر نمونه‌برداریM

Figure 4- Copper concentration in M direction

 

در جدول 2 درجه آلودگی عنصر مس در هر نقطه نمونه‌برداری بر اساس شاخص زمین انباش مولر محاسبه‌شده است. بر این اساس 25% نقاط در مسیر نمونه‌برداری D در محدوده شدیداً آلوده قرار دارند (1D، 2D، 3D). 66/16 درصد نقاط نمونه‌برداری در مسیر نمونه‌برداری D در محدوده خیلی آلوده قرار دارند (46D). در حدود 25% نقاط در مسیر نمونه‌برداری D در محدوده کمی آلوده تا خیلی آلوده قرار دارند(57D، 8D). 66/16 درصد نقاط در مسیر نمونه‌برداری D در محدوده غیر آلوده قرار دارند (11D، 12D). بر اساس جدول 2 شاخص زمین انباشت برای میانگین غلظت مس در مسیر نمونه‌برداری D نشان می‌دهد که درجه آلودگی مس در محدوده خیلی آلوده قرار می‌گیرد .

33/8 درصد از نقاط در مسیر نمونه‌برداری M و در محدوده کمی آلوده تا خیلی آلوده قرار دارند (1M). 66/16 درصد از نقاط نمونه‌برداری در مسیر نمونه‌برداری M در محدوده کمی آلوده تا خیلی آلوده قرار دارند(2M، 6M). 33/33 درصد از نقاط در مسیر نمونه‌برداری M در محدوده غیر آلوده تاکمی آلوده قرار دارند (3M، 47M، 8M). 66/41 درصد از نقاط نمونه‌برداری در مسیر نمونه‌برداری M در محدوده غیر آلوده قرار دارند(5M، 910M، 1112M) . بر اساس جدول3

 

شاخص زمین انباشت برای میانگین غلظت مس در مسیر نمونه‌برداری M نشان می‌دهد که درجه آلودگی مس در محدوده غیر آلوده تاکمی آلوده قرار می‌گیرد.

نتایج به‌دست‌آمده از شاخص زمین انباش نشان می‌دهد که آلودگی عنصر مس در مسیر نمونه D ( جنوب معدن)  بیش­تر است، که می‌تواند به­دلیل قرار گرفتن این مسیر در راستای معدن و بر روی شیب در جهت باد غالب جنوبی باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد بافاصله گرفتن از معدن از درجه آلودگی مس در هر دو مسیر کاسته می‌شود که می‌تواند نشان دهند نقش معدن در ایجاد آلودگی عنصر مس در خاک‌های منطقه باشد.

 

 

جدول 2 - درجه آلودگی نقاط نمونه‌برداری بر اساس شاخص زمین انباشت مولر

Table 2- Pollution classes in sampling point based on Muller geoacumulation index

درجه آلودگی خاک

مقدار شاخص زمین انباشتگی Cu

نقاط نمونه برداری

درجه آلودگی خاک

مقدار شاخص زمین انباشتگی Cu

نقاط نمونه برداری

کمی آلوده تا خیلی آلوده

06/2

M1

شدید آلوده

39/5

D1

کمی آلوده

77/1

2

شدید آلوده

62/5

D2

غیر آلوده تا کمی آلوده

97/0

3

شدید آلوده

81/5

D3

غیر آلوده تا کمی آلوده

21/0

M4

خیلی آلوده

01/3

D4

غیر آلوده

06/1-

5

کمی آلوده تا خیلی آلوده

36/2

D5

کمی آلوده

67/1

M6

خیلی آلوده

89/3

D6

غیر آلوده تا کمی آلوده

73/0

M7

کمی آلوده تا خیلی آلوده

57/2

D7

غیر آلوده تا کمی آلوده

16/0

M8

غیر آلوده تا کمی آلوده

81/0

D8

غیر آلوده

11/0-

M9

کمی آلوده تا خیلی آلوده

09/2

D9

غیر آلوده

07/0-

M10

غیر آلوده تا کمی آلوده

46/0

D10

غیر آلوده

02/0-

M11

غیر آلوده

96/0-

D11

 

 

 

 

غیر آلوده

22/0-

D12

 

 

شکل 5 نقشه پهنه‌بندی آلودگی عنصر مس بر اساس شاخص زمین انباشت مولر در منطقه موردمطالعه را نشان می‌دهد، در این نقشه محدوده شدیداً‌ آلوده با رنگ قرمز مشخص ‌شده است که محدوده اطراف معدن را شامل می‌شود . مواد مادری عامل اصلی غلظت بالای مس دراین محدوده است و منشاء زمین شناختی دارد . با توجه این نقشه تنها یک روستا در محدوده آلوده قرارگرفته است که با رنگ قهوه‌ای در نقشه مشخص‌شده است محدوده غیر آلوده با کمی آلوده با رنگ سبز کم‌رنگ مشخص‌شده است که بیشتر روستاهای موجود در منطقه مورد مطالعه در این منطقه قرارگرفته‌اند . شکل4 به‌ خوبی نشان می‌دهد با فاصله گرفتن از معدن از درجه آلودگی مس کاسته شده است .

 

 

شکل 5- نقشه پهنه بندی آلودگی عنصر مس براساس شاخص زمین انباشت مولر

Figure 5- Copper pollution zoning map based on Muller geoacumulation index


تشکر و قدردانی

هزینه های مربوط به این پژوهش در قالب طرح تحقیقاتی به شماره 2640/94/ص/7 مورخ 18/05/94 از طرف پژوهشگاه علوم و تحقیقات پیشرفته و علوم محیطی در دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و علوم پیشرفته کرمان پرداخت شده است که نویسندگان از این دانشگاه تشکر می نمایند.

Reference

  1. Torabian, A., Mahjori, M. 2002. Heavy metals uptake by vegetable crops irrigated with wastewater in south Tehran. Journal of water and soil science. 16 (2) : 189 – 196 (In Persian).
  2. Hansen, E., Lassen, C., Stuer, E., Laur, D., Kjolholt, F. 2002. Heavy metals in waste, European Commission DG FNV. E3, project ENV.  E.3 , ETU/ 200/005 & , Final
  3. Matagi SVS, wai D, Mugabe R. 1998. A review of heavy metal removal mechanisms in wet lands, African Journal tropical Hydrobilogy Fish.  823-35.
  4. Vamerali T., Marrianna B, Mosca G. 2010.  Field crops for phytoreme diution of metal – contaminated of metal contaminated land: A review Environmental chemistry letters. 8: 1-17
  5. Wong MH. 2003. Bcologycal restoration of mine degraded soil, with emphasis on metal contaminated soil, Chemos phere. 50 : 775-780.
  6. Nriagu jo, Pacyna JM. 1988. Quantitative assessment of worldwide contamination of air water and soils by trace metals. Nature 333 (6169) 134-139 .
  7. Nathanarl CP, Earl N. 2001. Human health risk assessment: guidelines values and magic numbers, in: Assessment and veclamition of contaminated land, Hester R.E, and , Harrison R.M, (Bds), Royal society of chemistry, Cambridge. pp. 85-102
  8. Welch RM. 1995. Micronutrient Nutrition of plants, Critical Review inplant siences. 14: 49-82.
  9. Nedel kosku TV.,  Doran PM. 2000. Hypera ccumulation of cadmium by hairy roots of Ihlaspi cuerulescent, Biotechrology and Bioenginzering. 67 (5) 607-615
  10. Pal R., Rai JPN. 2010. Phytochelatins: peptides involed inheavy metal detox:fication, Applized Biochemistry Biotechnolgoy. 160-945-963.
  11. Bakker M. 2004. Transient analytic elements for periodic Dupuit-Forchheimer flow, Adv Water Resour. pp. 312.
  12. Nwachukwu, M. A, Feng H, Alinnor J. 2010. Assessment of heavy metal pollution in soil and their implications within and around mechanic villages. Int. J. Environ. Sci. Tech. 7 (2), 347-358.
  13. Yanzaho W., Jun C., Xinmin W., Quingjia T. 2005. Possibliteis of reflectance spectroscopy for assemseent of contaminzation element in suburban soil. Applied Geochemistry. 20: 1051-1059.
  14. Bhuiyan  M A H., Parvez L., Islam MA., Dampare SB., Suzukia S. 2010. Heavy metal pollution of coal mine-affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh. J. Hazard. Mater. 173: 384-392
  15. Wong SC., Li HD., Zhang G., Qi SH., Min YS. 2002. Heavy metals in agricultural soils of the pearl River Delta, south china, Environmental pollution. 119 : 33-44.
  16. Shafiei, N., Shirani, H., Esfandiarpour, A. 2012. The enrichment of arsenic and selenium in the soils around the Sarcheshmeh copper mine. Journal of soil management. Is. 2. No. 2 (In Persian).
  17. Sattari, M., Nayebzadeh, M., Najafabadi, R. 2013. Surface water quality prediction using decision tree method. Journal of Iran Irrigation and water engineering. No. 15. 76-88 (In Persian).
  18. Kemper T., sommer S. 2002. Estimate Heavy metal contamination in soil after a mining accident using refelectance, Spectroscopy. Environ Sci. Technol. 36 : 2742-2747
  19. Withers P J A., Lord E I. 2002. Agricultural Nutrient Inputs to Rivers and Groundwaters in the UK: Policy, Environmental Management and Research Needs. TheScience of the Total Environment. 282-283.
  20. Juang KW., Lee D Y., Ellsworth TR. 2001. Using rank order geostatistics for spatial inter plolation of higly skewed data in heavy metal contaminated site, J. Environ. Qual. 30: 844-903.
  21. Jiachan S., Haizhen W., Jianming W., Jianjan W., Xingmei L., halping Z. 2007. Spatial distribution for heavy metal in soil : A case study of changing, china, environ geol. 52il – 10.
  22. Lado L.R., Hengl T., Reuter HR. 2008. Heavy metals in European soils: A geostatistical anlysis of the FOREGS Geo chimical data base, Geo derma. 148: 189-199.
  23. Rodriguez L., Ruiz E., Azcarate LA., Rincon J. 2009. Heavy metal distribuation and Chemical Speciation in tailing and Soils around a pb-Zine mine in spain. J.Environ. Manage. 90: 1106-1116
  24. Babaei. Y., Alavi, M., Qasemzadeh, M., Arbabzavar, F. 2008. Investigation of Surface Water Pollution of the Mountain Range of Kashmar to Arsenic. Journal of Environmental Science and Technology. Volume 10, Issue 3, Page 29-36 (In Persian).
  25. Cao HF., Chang AC., page AL. 1984. Heavy metal contents of sludge- treated soils at determined by three extraction procedures, J Environ aula. 13(4): 632-634.
  26. Muller G. 1979. schwer metalte in densdimenten des rheins veranderangen seit 1971. Umschao 79 (24). Pp. 778-783.
  27. Muller G. 1969. index of geoaccumulation in sediments of the Rhine river. Geojournul. 2:108-118.
  28. Mc Groth SP., Chaudri AM., Giller K.E. 1995. long term effects of metals in sewage sladge on soils, micro- crganisms and plants, j. ind. Microbiol. 14 (2): 94-104.
  29. Shahbazi, A. 2011. Evaluation of the Effects of Agricultural Activities on the Accumulation of Heavy Metals in Some Agricultural Soils in Hamedan Province. Master Thesis. Technical University of Isfahan (In Persian).

 

 


 



1- استادیار پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، ایران. *(مسوول مکاتبات)

2- فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، مهندسی خاکشناسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

1- Assistant Professor of Energy Research Institute, Advanced Science and Technology Institute of Environmental Science, Kerman Industrial and Advanced Studies University, Iran. * (Corresponding Author)

2- Graduated MSc. Soil Science, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran

1- Geoacumulation index

  1. Torabian, A., Mahjori, M. 2002. Heavy metals uptake by vegetable crops irrigated with wastewater in south Tehran. Journal of water and soil science. 16 (2) : 189 – 196 (In Persian).
  2. Hansen, E., Lassen, C., Stuer, E., Laur, D., Kjolholt, F. 2002. Heavy metals in waste, European Commission DG FNV. E3, project ENV.  E.3 , ETU/ 200/005 & , Final
  3. Matagi SVS, wai D, Mugabe R. 1998. A review of heavy metal removal mechanisms in wet lands, African Journal tropical Hydrobilogy Fish.  823-35.
  4. Vamerali T., Marrianna B, Mosca G. 2010.  Field crops for phytoreme diution of metal – contaminated of metal contaminated land: A review Environmental chemistry letters. 8: 1-17
  5. Wong MH. 2003. Bcologycal restoration of mine degraded soil, with emphasis on metal contaminated soil, Chemos phere. 50 : 775-780.
  6. Nriagu jo, Pacyna JM. 1988. Quantitative assessment of worldwide contamination of air water and soils by trace metals. Nature 333 (6169) 134-139 .
  7. Nathanarl CP, Earl N. 2001. Human health risk assessment: guidelines values and magic numbers, in: Assessment and veclamition of contaminated land, Hester R.E, and , Harrison R.M, (Bds), Royal society of chemistry, Cambridge. pp. 85-102
  8. Welch RM. 1995. Micronutrient Nutrition of plants, Critical Review inplant siences. 14: 49-82.
  9. Nedel kosku TV.,  Doran PM. 2000. Hypera ccumulation of cadmium by hairy roots of Ihlaspi cuerulescent, Biotechrology and Bioenginzering. 67 (5) 607-615
  10. Pal R., Rai JPN. 2010. Phytochelatins: peptides involed inheavy metal detox:fication, Applized Biochemistry Biotechnolgoy. 160-945-963.
  11. Bakker M. 2004. Transient analytic elements for periodic Dupuit-Forchheimer flow, Adv Water Resour. pp. 312.
  12. Nwachukwu, M. A, Feng H, Alinnor J. 2010. Assessment of heavy metal pollution in soil and their implications within and around mechanic villages. Int. J. Environ. Sci. Tech. 7 (2), 347-358.
  13. Yanzaho W., Jun C., Xinmin W., Quingjia T. 2005. Possibliteis of reflectance spectroscopy for assemseent of contaminzation element in suburban soil. Applied Geochemistry. 20: 1051-1059.
  14. Bhuiyan  M A H., Parvez L., Islam MA., Dampare SB., Suzukia S. 2010. Heavy metal pollution of coal mine-affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh. J. Hazard. Mater. 173: 384-392
  15. Wong SC., Li HD., Zhang G., Qi SH., Min YS. 2002. Heavy metals in agricultural soils of the pearl River Delta, south china, Environmental pollution. 119 : 33-44.
  16. Shafiei, N., Shirani, H., Esfandiarpour, A. 2012. The enrichment of arsenic and selenium in the soils around the Sarcheshmeh copper mine. Journal of soil management. Is. 2. No. 2 (In Persian).
  17. Sattari, M., Nayebzadeh, M., Najafabadi, R. 2013. Surface water quality prediction using decision tree method. Journal of Iran Irrigation and water engineering. No. 15. 76-88 (In Persian).
  18. Kemper T., sommer S. 2002. Estimate Heavy metal contamination in soil after a mining accident using refelectance, Spectroscopy. Environ Sci. Technol. 36 : 2742-2747
  19. Withers P J A., Lord E I. 2002. Agricultural Nutrient Inputs to Rivers and Groundwaters in the UK: Policy, Environmental Management and Research Needs. TheScience of the Total Environment. 282-283.
  20. Juang KW., Lee D Y., Ellsworth TR. 2001. Using rank order geostatistics for spatial inter plolation of higly skewed data in heavy metal contaminated site, J. Environ. Qual. 30: 844-903.
  21. Jiachan S., Haizhen W., Jianming W., Jianjan W., Xingmei L., halping Z. 2007. Spatial distribution for heavy metal in soil : A case study of changing, china, environ geol. 52il – 10.
  22. Lado L.R., Hengl T., Reuter HR. 2008. Heavy metals in European soils: A geostatistical anlysis of the FOREGS Geo chimical data base, Geo derma. 148: 189-199.
  23. Rodriguez L., Ruiz E., Azcarate LA., Rincon J. 2009. Heavy metal distribuation and Chemical Speciation in tailing and Soils around a pb-Zine mine in spain. J.Environ. Manage. 90: 1106-1116
  24. Babaei. Y., Alavi, M., Qasemzadeh, M., Arbabzavar, F. 2008. Investigation of Surface Water Pollution of the Mountain Range of Kashmar to Arsenic. Journal of Environmental Science and Technology. Volume 10, Issue 3, Page 29-36 (In Persian).
  25. Cao HF., Chang AC., page AL. 1984. Heavy metal contents of sludge- treated soils at determined by three extraction procedures, J Environ aula. 13(4): 632-634.
  26. Muller G. 1979. schwer metalte in densdimenten des rheins veranderangen seit 1971. Umschao 79 (24). Pp. 778-783.
  27. Muller G. 1969. index of geoaccumulation in sediments of the Rhine river. Geojournul. 2:108-118.
  28. Mc Groth SP., Chaudri AM., Giller K.E. 1995. long term effects of metals in sewage sladge on soils, micro- crganisms and plants, j. ind. Microbiol. 14 (2): 94-104.
  29. Shahbazi, A. 2011. Evaluation of the Effects of Agricultural Activities on the Accumulation of Heavy Metals in Some Agricultural Soils in Hamedan Province. Master Thesis. Technical University of Isfahan (In Persian).