ارزیابی زیست محیطی آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های منطقه شوراب (جنوب کاشمر- خراسان رضوی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه زمین‌شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

2 دانشیار، گروه زمین‌شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران *(مسوول مکاتبات)

3 استادیار، گروه زمین‌شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

10.22034/jest.2020.35224.4236

چکیده

زمینه و هدف: در منطقه شوراب واقع در جنوب کاشمر نشانه­هایی از ذخایر معدنی جیوه، سرب، آهن و مس گزارش شده که می­تواند زمینه­ساز آلودگی زیست­محیطی باشد. هدف این تحقیق بررسی نحوه توزیع فلزات سنگین و ارزیابی فاکتورهای زمین­انباشت و آلودگی برای این عناصر در رسوبات رودخانه­ای منطقه شوراب کاشمر است.
روش بررسی: پس از انجام مطالعات کتابخانه­ای و پردازش تصاویر ماهواره­ای، بررسی­های زمین­شناسی انجام گرفت و نهایتاً 21 نمونه از رسوبات رودخانه­ای منطقه برداشت گردید. پس از تعیین بافت خاک و پارامترهای شوری،pH ،EC ، 14 نمونه برای بررسی غلظت فلزات سنگین توسط دستگاه ICP-OS در آزمایشگاه زرآزما آزمایش شد. نتایج به­دست آمده توسط نرم­افزارهای GIS , Excel ,SPSS  پردازش و مورد بررسی قرار گرفت.
یافته­ها: به استثنای عناصر نقره، مس، کادمیوم، کبالت، کروم و نیکل که تا حدی آلودگی نشان می­دهند، بقیه عناصر در منطقه به­طور جدی نقش آلوده کننده­ای ندارند. میزان pH  از 5/7 تا 2/8 و میزان EC از 3 تا 5µs/cm  و شوری 150 تا 2500 متناسب با هدایت الکتریکی متغیر است.
بحث و نتیجه­گیری: الگوی پراکندگی عناصر نیکل و کبالت و تا حدودی کروم در رسوبات رودخانه­ای منطقه انطباق معینی با یکدیگر نشان می­دهند. این امر می­تواند با ترکیب سنگ­شناسی بالا­دست آبراهه­ها که عمدتاً سنگ­های ولکانیکی آندزیتی هستند، مرتبط باشد. عناصر سرب و روی عمدتاً در آبراهه­ها و رسوبات بخش­های شمالی و شرقی منطقه و عناصر آرسنیک و آنتیموان نیز در رسوبات شمال و شمال غربی تمرکز بیشتری نشان می­دهند. این امر ممکن است مرتبط با کانی­سازی­های این نواحی باشد که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره پنج، مرداد ماه 99

                                        

 

ارزیابی زیست محیطی آلودگی فلزات سنگین در خاک­های منطقه شوراب (جنوب کاشمر- خراسان رضوی)

 

نفیسه ابراهیمی کارگرشیرازی[1]

 سعید سعادت[2]*

Saeed.saadat@colorado.edu

 محمد جوانبخت[3]

تاریخ دریافت:19/1/97

تاریخ پذیرش:14/9/97

 

چکیده

زمینه و هدف: در منطقه شوراب واقع در جنوب کاشمر نشانه­هایی از ذخایر معدنی جیوه، سرب، آهن و مس گزارش شده که می­تواند زمینه­ساز آلودگی زیست­محیطی باشد. هدف این تحقیق بررسی نحوه توزیع فلزات سنگین و ارزیابی فاکتورهای زمین­انباشت و آلودگی برای این عناصر در رسوبات رودخانه­ای منطقه شوراب کاشمر است.

روش بررسی: پس از انجام مطالعات کتابخانه­ای و پردازش تصاویر ماهواره­ای، بررسی­های زمین­شناسی انجام گرفت و نهایتاً 21 نمونه از رسوبات رودخانه­ای منطقه برداشت گردید. پس از تعیین بافت خاک و پارامترهای شوری،pH ،EC ، 14 نمونه برای بررسی غلظت فلزات سنگین توسط دستگاه ICP-OS در آزمایشگاه زرآزما آزمایش شد. نتایج به­دست آمده توسط نرم­افزارهای GIS , Excel ,SPSS  پردازش و مورد بررسی قرار گرفت.

یافته­ها: به استثنای عناصر نقره، مس، کادمیوم، کبالت، کروم و نیکل که تا حدی آلودگی نشان می­دهند، بقیه عناصر در منطقه به­طور جدی نقش آلوده کننده­ای ندارند. میزان pH  از 5/7 تا 2/8 و میزان EC از 3 تا 5µs/cm  و شوری 150 تا 2500 متناسب با هدایت الکتریکی متغیر است.

بحث و نتیجه­گیری: الگوی پراکندگی عناصر نیکل و کبالت و تا حدودی کروم در رسوبات رودخانه­ای منطقه انطباق معینی با یکدیگر نشان می­دهند. این امر می­تواند با ترکیب سنگ­شناسی بالا­دست آبراهه­ها که عمدتاً سنگ­های ولکانیکی آندزیتی هستند، مرتبط باشد. عناصر سرب و روی عمدتاً در آبراهه­ها و رسوبات بخش­های شمالی و شرقی منطقه و عناصر آرسنیک و آنتیموان نیز در رسوبات شمال و شمال غربی تمرکز بیشتری نشان می­دهند. این امر ممکن است مرتبط با کانی­سازی­های این نواحی باشد که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است.

 واژه های کلیدی: فلزات سنگین، شاخص زمین انباشت، فاکتور آلودگی، منطقه شوراب، کاشمر.

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 22, No.5,July, 2020

 

 

 

 

 


An Environmental Evaluation of Heavy Metals’ Soil Contamination of Shourab Region (South Kashmar – Khorasan Razavi)

 

Nafiseh Ebrahimi Kargarshirazy[4]

 Saeed Saadat[5] *

Saeed.saadat@colorado.edu

Mohammad Javanbakht[6]

 

Admission Date:December  5, 2018

 

Date Received: April 8, 2018

 

Abstract

Background and Objective: The purpose of this research is to investigate the distribution of heavy metals and evaluating geo-accumulation and contamination factors on these elements in the stream sediments of Shourab Kashmar area. There are indications of some elements such as Mercury, Lead, Iron, and Copper that might be the cause for environmental pollution in this area.

Method: After processing of satellite images and performing geological studies, 21 samples of stream sediments were gathered. By determining the salinity, pH, and EC parameters as well as the soil texture of samples, 14 samples were tested in order to study the concentration of heavy metals with the ICP-OS systems in the ZarAzma Laboratory. The collected results were processed and studied using GIS, SPSS, and Excel software.

Findings: With the exception of the Silver, Copper, Cadmium, Cobalt, Chromium, and Nickel elements which show some level of contamination, there is no evidence of environmental pollution, in the stream sediments in this area. The amount of pH from 7.5 to 8.2 and EC from 0.3 µs/cm to 5 µs/cm and salinity from 150 to 2500 are varying.

DiscussionandConclusion: There is a similarity between the distribution of the Nickel, Cobalt, and to some degrees, Chromium in the stream sediments of the study area. This can be related to the volcanic rocks which are mainly intermediate in composition. The Lead and Zinc are mainly concentrated on the north and some towards east of the area, and the Arsenic and Antimony elements in the north and north-west of the study area. The origin of these elements could be connected to mineralization in this area, which has not been focused on so far.

 

Key words: Heavy Metals, Index of Geoaccumulation, Contamination Factor, Shourab, Kashmar.

 

مقدمه


منطقه کاشمر به­دلیل جایگاه ویژه زمین­شناسی و متالوژنی دارای زمینه­های لازم برای تمرکز عناصر خاصی است که بعضاً به لحاظ زیست محیطی مشکل آفرین هستند. این امر سبب گردیده که محققان مختلف، نواحی متفاوت این شهرستان به ویژه بخش­­های شمالی را به لحاظ آلودگی­های منابع آب و خاک مورد توجه قرار دهند (برای مثال 1-3). در منطقه شوراب (جنوب کاشمر) که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته نیز آثار کانی­زایی جیوه، آرسنیک، آهن، مس و سرب گزارش شده است (4-7). بنابراین زمینه آلودگی­های زیست محیطی بر اثر فرایندهای کانی­سازی و معدن­کاری وجود دارد. لذا انجام مطالعات زیست محیطی در این منطقه در دستور کار قرار گرفت.

منطقه شوراب با مساحتی حدود 25 کیلومتر مربع، بین طول­های شرقی '59°57 تا '03°58 و عرض­های شمالی '00°35 تا "30'3°35 در نقشه­های زمین-شناسی 1:100000 کاشمر (4) و بردسکن(5) در استان خراسان رضوی قرار گرفته است (شکل 1). این منطقه دارای توپوگرافی نسبتاً ملایم است و واحدهای سنگی نظیر ماسه­سنگ، سیلتستون و اسلیت بخش عمده منطقه را در اشغال خود دارند. در بخش­هایی از منطقه شواهدی از آغشتگی شدید به اکسید آهن و گاه آلتراسیون کلریتی دیده می­شود. همچنین معادن آهن و مس در حوالی این منطقه دارای فعالیت هستند.

به دلیل وجود سکونتگاه­ها و مکان­های مذهبی در منطقه و همچنین فعالیت­های کشاورزی و دامداری، بررسی­های زیست محیطی جهت آشکار­سازی آلودگی­های احتمالی در این منطقه امری ضروری است. با درک چنین ضرورتی، در این تحقیق ارزیابی غلظت فلزات سنگین و محاسبه شاخص­های آلودگی نظیر زمین انباشت و فاکتور آلودگی در رسوبات محدوده مورد مطالعه انجام یافته است.

 

 

 

شکل1- نقشه راه و تصویر ماهواره­ای منطقه مورد مطالعه و محل نقاط نمونه­برداری

Figure1. Road map and satellite image of the study area and sampling locations

 

 


 

 


مواد و روش ها

پس از انجام مطالعات کتابخانه­ای و پردازش تصاویر ماهواره­ای، بررسی­های زمین­شناسی انجام و محل­های نمونه­برداری بر روی نقشه مشخص گردید (شکل 1). سپس طی عملیات صحرایی در تابستان 1396 از 21 ایستگاه نمونه برداری صورت گرفت. پس از خشک شدن و تقسیم بندی نمونه­ها، برای تعیین مشخصات فیزیکوشیمیایی، ابتدا عصاره اشباع 1:2 تهیه و پس از عبور از فیلتر، میزان شوری، هدایت الکتریکی و pH  اندازه­گیری شد. نهایتاً 14 نمونه برای بررسی غلظت فلزات سنگین توسط دستگاه ICP-OS به آزمایشگاه شرکت مطالعات مواد معدنی زرآزما ارسال شد. نتایج به­دست آمده برای محاسبه و ارزیابی شاخص­های آلودگی و تهیه نقشه­های پراکندگی سطحی عناصر مورد استفاده، توسط نرم­افزارهایGIS , Excel, SPSS پردازش و مورد بررسی قرار گرفت. در بررسی­های انجام شده، به منظور بررسی شاخص آلودگی از میانگین شیل جهانی (8) استفاده شده است. علاوه بر میانگین شیل جهانی، میانگین غلظت عناصر در رسوبات رودخانه­ای ورقه­های زمین­شناسی 1:100000 کاشمر و بردسکن (10) و میانگین استاندارد خاک (9) بر اساس داده­های موجود ارائه شده است. بافت خاک نیز بر اساس میزان رس، سیلت و ماسه (11) مشخص گردید.

نتایج و بحث

1- پراکندگی عناصر

بر اساس نتایج به­دست آمده عنصر روی در رسوبات منطقه مورد مطالعه در مقایسه با میانگین استاندارد خاک (9) در تعدادی از نمونه­ها از حد متوسط فراوانی (45 ppm) بالاتر است (شکل 2). لیکن عنصر کادمیم در بیشتر نقاط پایین­تر و یا نزدیک به میانگین استاندارد خاک (37/0 ppm) است. در مورد عنصر سرب نیز حداقل دو ایستگاه حاوی مقادیری بیش­تر از میانگین استاندارد خاک (22 ppm) می­باشد. غلظت عنصر مس نیز در بیشتر  نمونه­ها از غلظت استاندارد رسوب و خاک (13 ppm) بالاتر است (شکل 2).

نقشه پراکندگی سطحی عناصر سرب، روی، مس و کادمیم در محدوه مورد مطالعه در شکل 3 نشان داده شده است. به جز مس، بیشترین حضور این عناصر در بخشهای شرقی و شمالی منطقه دیده می­شود.

 

 

شکل  2- مقایسه غلظت عناصر روی،کادمیوم، سرب ومس در مقایسه با شیل جهانی (خط ممتد) و استاندارد جهانی خاک (خط چین)

Figure 2. Comparison of Zinc, Cadmium, Lead and Copper concentration with global shale

(Continuous line) and the global soil standard (dashed line)

 

 

شکل3- نقشه پراکندگی عناصر روی، کادمیوم، سرب و مس در منطقه

Figure 3. Distribution map of Zinc, Cadmium, Lead, and Copper in the area

 

 

میانگین غلظت آرسنیک در خاک استاندارد 4/4 ppm (9) و غلظت آنتیموان در خاک­های سطحی حداکثر 4 ppm (12) گزارش شده است. آرسنیک باعث مسمومیت حاد و مزمن کلیه و کبد و موجب آسیب و کاهش هموگلوبین خون می­شود و ممکن است موجب سرطان گردد (13). آنتیموان می­تواند موجب کاهش طول عمر شده و سطح گلوکز و کلسترول خون را در دراز مدت تغییر دهد (13). مقادیر بالای نقره نیز اثرات منفی برای پوست، مشکلات تنفسی، التهاب ریه و گلو و درد معده را به همراه دارد (15،13). بر اساس نتایج به­دست آمده عنصر آرسنیک در رسوبات رودخانه­ای این منطقه در مقایسه با میانگین استاندارد خاک (9) در اغلب نمونه­ها از حد متوسط فراوانی (4/4 ppm) بالاتر است (شکل 4). میزان آنتیموان و نقره در رسوبات منطقه بیانگر مقادیر کمتر این عناصر در مقایسه با شیل جهانی است. توزیع این عناصر بیشتر در بخش­های میانی و شمالی منطقه است که می­تواند در ارتباط با کانی­سازی­های احتمالی و پنهان در این مناطق باشد (شکل5).

 

شکل 4- مقایسه غلظت عناصر آنتیموان، ارسنیک، نقره در مقایسه با شیل جهانی (خط ممتد). خط چین استاندارد جهانی خاک را نشان می­دهد.

Figure 4.  Comparison of Antimony, Arsenic, and Silver concentration with global shale

(Continuous line). Dashed line shows the global soil standard.

 

 

شکل5- نقشه پراکندگی عناصر آنتیموان، ارسنیک و نقره در منطقه

Figure 5. Distribution map of Antimony, Arsenic, and Silver in the area

 

میانگین غلظت کروم  84 ppm، نیکل حداکثر 40 ppm و کبالت 70 ppm در خاک­ها برآورد شده است (12، 16). در خاک استاندارد میانگین غلظت کروم 47 ppm، نیکل 13 ppm و کبالت 5/5 ppm گزارش شده است (9). آژانس بین المللی تحقیقات سرطان(IARC)، کروم شش ظرفیتی را در گروه اول سرطان­زاهای انسانی و کبالت و ترکیبات آن را در گروه 2B یعنی عناصری که ممکن است برای انسان سرطان­زا باشند طبقه­بندی کرده است (16).

در مورد نیکل نیز بیماری­های آلرژیک پوستی مانند خارش، سرطان­های ریه، بینی، سینوس­ها و گلو در صورت استنشاق مداوم، همچنین تاثیر بر باروری و ریزش مو گزارش شده است (15،13). میزان عناصر کروم، نیکل و کبالت در رسوبات رودخانه­ای منطقه مورد مطالعه همراه با میزان متوسط این عناصر در خاک استاندارد و شیل جهانی، در شکل 6 ارایه گردیده است. بر اساس نتایج به­دست آمده، غلظت عناصر کبالت و نیکل در اکثر نمونه­ها بیشتر از میانگین غلظت استاندارد جهانی خاک می­باشد. نقشه پراکندگی سطحی عناصر کروم، نیکل و کبالت در محدوده انطباق معینی با یکدیگر نشان می­دهند (شکل7). این امر می­تواند با ترکیب سنگ­شناسی بالا دست آبراهه­ها که عمدتاً سنگ­های ولکانیکی دارای ترکیب آندزیتی هستند مرتبط باشد.

 

شکل 6- مقایسه غلظت عناصر کروم، نیکل، کبالت در مقایسه با شیل جهانی (خط ممتد) و استاندارد جهانی خاک (خط چین)

Figure 6. Comparison of Chromium, Nickel, and Cobalt concentration with global shale

(Continuous line) and the global soil standard (dashed line)

 

 

شکل 7- نقشه پراکندگی عناصرکروم، نیکل و کبالت در منطقه

Figure 7. Distribution map of Chromium, Nickel, and Cobalt in the area

 

2- بررسی رابطه پارامترهای شیمیایی خاک با عناصر

برخی متغیرهای خاک نظیر بافت خاک،pH ، پتانسیل اکسایش و کاهش، ترکیب کانی شناسی، دما و رژیم آب میزان انحلال عناصر و دسترسی زیستی آنها را کنترل می­کند (9). معمولاً پایین­ترین تمرکز عناصر در خاک­های ماسه­ای و بیشترین آن در خاک­های لومی است. بافت خاک نمونه­های محدوده شوراب اکثراً ماسه گراولی و در بعضی از نقاط گراول ماسه­ای می­باشد (شکل8). بر اساس این طبقه بندی خاک­های مورد مطالعه مقادیر کمی مواد آلی (هوموس) دارند و کسر رسی خاک (ذرات کوچکتر از 2 میکرون) نیز ناچیز است. لذا پارامترهای اصلی حاکم بر جذب و واجذب عناصر نادر در خاک را می­توان شامل مقادیر  pHو EC ، اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن، منگنز و آلومینیوم دانست (12). بر اساس نتایج به­دست آمده، pH نمونه­ها بین 5/7 تا 23/8، میزان EC از 3 تا 5µs/cm  و شوری 150 تا 2500 متناسب با هدایت الکتریکی متغیر است (جدول 1). همان­گونه که در شکل 9 ارائه گردیده، پارامتر pH هیچ­گونه همبستگی آشکار و معنی­داری با عناصر مورد بررسی نشان نمی­دهد. این موضوع می­تواند ناشی از تغییرات کم این پارامتر در ناحیه مورد مطالعه باشد. به­طور کلی در خاک­هایی با pH قلیایی مشابه خاک­های این منطقه، عناصری نظیر پتاسیم، کلسیم و منیزیم بیشتر در دسترس هستند، لیکن قابلیت دسترسی این عناصر با افزایش اسیدیته خاک کاهش می­یابد، زیرا ظرفیت تبادل کاتیونی (CFC) کاهش پیدا می­کند. متقابلاً آهن، منگنز، مس و روی در شرایط اسیدی خاک به­خاطر افزایش حلالیت، امکان دسترسی زیستی بیشتر خواهند داشت (17).

هدایت الکتریکی (EC) شاخص خوبی برای مجموع نمک­های محلول خاک بوده و علت آن وجود کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و املاح شور و سدیمی است. این پارامتر رابطه مستقیمی با میزان شوری خاک دارد. در منطقه مورد مطالعه پارامتر EC و شوری با کادمیوم و آرسنیک رابطه معنی­دار مثبت نشان می­دهند. ضمن آن­که این دو عنصر با یکدیگر نیز همبستگی مثبت دارند که می­تواند حاکی از وجود یک منشا مشترک برای این دو عنصر باشد. همبستگی مثبت آرسنیک با آهن و منگنز می­تواند حاکی از نقش هیدروکسیدهای آهن و منگنز در جذب آرسنیک باشد. افزون بر این سرب ضمن همبستگی با روی، با آرسنیک، کادمیوم، آهن و منگنز نیز همبستگی قوی نشان می­دهد (شکل 9). در این بررسی، نیکل با کبالت، کروم، مس و آهن و عنصر وانادیم با کبالت، کروم، مس و نیکل ارتباط معنی­دار نشان می­دهند (شکل 9). همان­گونه که در بخش­های قبلی اشاره گردید، نحوه توزیع این عناصر به­طور عمده تحت تاثیر ویژگی­های سنگ­شناسی سنگ مادر و کانی­سازی­های موجود در بالادست نقاط نمونه برداری است.

 

 

شکل 8- مثلث طبقه­بندی رسوبات و سنگ­های آواری رسوبات دانه درشت (11)

Figure 8. Classified triangle of sediments and clastic large coarse sedimentary rocks (11)

 

جدول 1- مقادیر شوری، pH و EC در نمونه­های منطقه مورد مطالعه

Table 1. Salinity, pH and EC in the samples of the study area

Sample

pH

EC

Salinity

Sample

pH

EC

Salinity

Sample

pH

EC

Salinity

Ksh1

94/7

64/3

1873

Ksh8

01/8

51/3

1724

Ksh16

83/7

63/1

850

Ksh2

87/7

01/1

526

Ksh10

78/7

51/0

246

Ksh17

99/7

50/0

245

Ksh3

66/7

92/0

474

Ksh11

67/7

98/1

1021

Ksh18

60/7

77/1

915

Ksh4

61/7

96/4

2566

Ksh12

83/7

53/0

274

Ksh19

50/7

04/2

1050

Ksh5

83/7

81/3

1971

Ksh13

90/7

44/0

236

Ksh20

13/8

51/0

252

Ksh6

82/7

88/3

2008

Ksh14

18/8

29/0

155

Ksh21

23/8

45/0

218

Ksh7

69/7

83/3

1971

Ksh15

09/8

43/0

218

Ksh22

74/7

15/1

577

 

 

شکل 9- ضرایب همبستگی پیرسون به­دست آمده برای عناصر

Figure 9. Pearson correlation coefficient obtained for elements
 
 

 

 

3- مطالعات و بررسی شاخص­های آلودگی

1-3 ضریب غنی­شدگی (EF):

بر اساس این ضریب، می­توان مقدار یک عنصر در منطقه مورد مطالعه را نسبت به مقدار طبیعی و یا حد زمینه آن مقایسه کرد (18). محاسبه این ضریب، روشی مناسب جهت تعیین منشأ طبیعی و بشر­زاد آلودگی است (19). این ضریب از رابطه زیر (18) محاسبه گردیده است:

 

در این رابطه، (EF) ضریب غنی شدگی، (C1Me+n) غلظت فلز در محیط مورد بررسی (خاک)، (C1n) غلظت فلز مبنا (Mo) در محیط مورد بررسی، (C2Me+n) غلظت همان فلز در یک محیط مبنا (پوسته زمین) و (C2n) غلظت فلز مبنا (Mo) در محیط مبنا است. میانگین Mo به عنوان فلز مبنا در پوسته زمین برابر با 6/2 ppm در نظر گرفته  شده است (20). طبقه­بندی وجود یا نبود آلودگی بر اساس ضریب غنی­شدگی در جدول 2 ارائه گردیده است.

 

 

جدول 2- طبقه­بندی نمونه­های مورد مطالعه بر اساس فاکتور غنی شدگی

عنصر

میانگین ضریب

غنی شدگی

شدت غنی شدگی

عنصر

میانگین ضریب

 غنی شدگی

شدت غنی شدگی

Zn

24/1

اندک

As

14/1

اندک

Cd

5/2

اندک

Ag

13/12

شدید

Pb

55/1

اندک

Cr

96/0

بدون غنی شدگی

Cu

55/1

اندک

Ni

25/1

اندک

Sb

81/1

اندک

Co

15/1

اندک

Table 2. Classification of studied samples based on enrichment factor

 

 

 

2-3 شاخص زمین انباشت (Igeo):

با استفاده از شاخص زمین انباشت که توسط مولر (21) پیشنهاد شده، می­توان شدت آلودگی را مشخص کرد. این شاخص با علامت Igeo  نشان داده شده و از رابطه زیر محاسبه می­شود:

Igeo= Log2[Cn/1.5Bn]

در این رابطه Igeo شاخص زمین انباشت، Cn غلظت عنصر مورد نظر در نمونه خاک، Bn غلظت عنصر مورد نظر در زمینه و ضریب 5/1 نیز برای حذف تغییرات احتمالی زمینه به علت تاثیرات زمین­شناختی اعمال می­شود. شاخص زمین انباشتگی هفت گروه دارد که بر اساس مقادیر آن، خاک­ها از غیر آلوده تا به شدت آلوده طبقه­بندی می­شوند (22). در محاسبه انجام شده از شیل جهانی (8) به عنوان نمونه زمینه استفاده شده است. مقادیر شاخص زمین انباشت محاسبه شده در جدول 3 ارائه گردیده است.

 

3-3- فاکتور آلودگی (CF):

فاکتور آلودگی از تقسیم کردن غلظت عنصر در نمونه برداشت شده به غلظت همان عنصر در نمونه زمینه به دست می­آید (23). برای کمی­کردن میزان آلودگی از این شاخص استفاده می­شود:

 

که در آن CF: فاکتور آلودگی، C Metal: غلظت فلز در نمونه، C Background Value: غلظت عنصر در نمونه زمینه است. مقادیر طبقه بندی فاکتور آلودگی برای رسوبات غیرآلوده تا به شدت آلوده در جدول 3 ارائه گردیده است. در این پژوهش از میانگین شیل جهانی (8) به عنوان نمونه زمینه استفاده گردیده است.

 

 

جدول 3- مقادیر شاخص زمین انباشت بر اساس طبقه بندی (21) و فاکتور آلودگی بر اساس طبقه بندی (23).

Table 3. Geoaccumulation and contamination factors with respect to (21) and (23) classification.

Element

Factors

SH-1

SH-2

SH-3

SH-6

SH-8

SH-10

SH-11

SH-12

SH-14

SH-15

SH-16

SH-17

SH-18

SH-19

 

Ag

Igeo

09/0

23/0

09/0

54/0

54/0

12/0

61/0

18/0

23/0

18/0

12/1

23/0

88/0

28/0

CF

86/1

57/2

86/1

14/5

14/5

00/2

14/6

29/2

57/2

29/2

00/20

57/2

43/11

86/2

 

Cd

Igeo

09/0-

15/0-

16/0-

18/0-

11/0-

22/0-

22/0-

22/0-

22/0-

24/0-

18/0-

26/0-

21/0-

24/0-

CF

23/1

07/1

03/1

00/1

17/1

90/0

90/0

90/0

90/0

87/0

00/1

83/0

93/0

87/0

 

Cu

Igeo

31/0-

45/0-

43/0-

65/0-

49/0-

88/0-

63/0-

65/0-

07/0-

88/0-

68/0-

27/0

75/0-

72/0-

CF

73/0

53/0

56/0

33/0

49/0

20/0

36/0

33/0

29/1

20/0

31/0

80/2

27/0

29/0

 

Pb

Igeo

08/0-

10/0-

33/0-

40/0-

40/0-

57/0-

57/0-

52/0-

52/0-

52/0-

48/0-

40/0-

48/0-

48/0-

CF

25/1

20/1

70/0

60/0

60/0

40/0

40/0

45/0

45/0

45/0

50/0

60/0

50/0

50/0

Sb

Igeo

32/0-

28/0-

31/0-

32/0-

33/0-

34/0-

34/0-

37/0-

33/0-

36/0-

36/0-

35/0-

35/0-

35/0-

CF

72/0

79/0

73/0

71/0

71/0

68/0

69/0

64/0

70/0

66/0

66/0

67/0

67/0

67/0

 

Co

Igeo

31/0-

41/0-

41/0-

61/0-

50/0-

76/0-

61/0-

68/0-

55/0-

68/0-

68/0-

18/0-

68/0-

61/0-

CF

74/0

58/0

58/0

37/0

47/0

26/0

37/0

32/0

42/0

32/0

32/0

00/1

32/0

37/0

Zn

Igeo

24/0-

35/0-

35/0-

48/0-

46/0-

68/0-

56/0-

64/0-

59/0-

66/0-

65/0-

29/0-

61/0-

52/0-

CF

86/0

67/0

66/0

49/0

52/0

32/0

41/0

35/0

39/0

33/0

34/0

77/0

37/0

45/0

 

As

Igeo

21/0-

36/0-

38/0-

43/0-

43/0-

83/0-

08/0-

68/0-

78/0-

83/0-

55/0-

58/0-

59/0-

34/0-

CF

93/0

66/0

62/0

55/0

56/0

22/0

24/0

32/0

25/0

22/0

42/0

39/0

38/0

68/0

 

Cr

Igeo

73/0-

75/0-

63/0-

63/0-

63/0-

77/0-

75/0-

83/0-

61/0-

79/0-

53/0-

09/0-

48/0-

63/0-

CF

28/0

27/0

36/0

36/0

36/0

26/0

27/0

22/0

37/0

24/0

44/0

21/1

50/0

36/0

 

Ni

Igeo

45/0-

49/0-

39/0-

45/0-

48/0-

69/0-

59/0-

69/0-

44/0-

63/0-

58/0-

13/0-

52/0-

59/0-

CF

53/0

49/0

62/0

53/0

50/0

31/0

38/0

31/0

54/0

35/0

40/0

12/1

46/0

38/0

 

 

نتیجه گیری

 

خاک نمونه­های محدوده شوراب از نظر بافتی اکثراً ماسه گراولی با ترکیب اندکی قلیایی است. با توجه به تغییرات بسیار محدود  pH در سطح منطقه، همبستگی آشکار و معنی­داری بین این پارامتر با توزیع عناصر مورد بررسی مشاهده نگردید و به­نظر می­رسد حضور این عناصر به­طور عمده تحت تاثیر ویژگی­های سنگ­شناسی سنگ مادر و کانی­سازی­های موجود در بالادست نقاط نمونه­برداری است. میزان هدایت الکتریکی و متناسب با آن، مقدار شوری رسوبات با توزیع کادمیوم و آرسنیک در منطقه رابطه معنی­­دار مثبت نشان می­دهند. ضمن آن­که همبستگی مثبت این دو عنصر با یکدیگر می­تواند بیانگر وجود یک منشا مشترک برای این دو عنصر باشد. همبستگی مثبت آرسنیک با آهن و منگنز نیز می­تواند حاکی از نقش هیدروکسیدهای آهن و منگنز در جذب آرسنیک باشد. الگوی پراکندگی عناصر نیکل و کبالت در رسوبات رودخانه­ای منطقه انطباق معینی با یکدیگر نشان می­دهند. این امر می­تواند با ترکیب سنگ­شناسی بالا­دست آبراهه­ها که عمدتاً سنگ­های ولکانیکی دارای ترکیب آندزیتی هستند مرتبط باشد. عناصر سرب و روی عمدتاً در آبراهه­ها و رسوباتی که از بخش­های شمالی و گاه شرقی منطقه منشا می­گیرند، تمرکز بیشتری نشان می­دهند. این امر ممکن است مرتبط با کانی­سازی­های این نواحی باشد که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است. تجمع عناصر آرسنیک و آنتیموان نیز در رسوبات شمال و شمال غربی منطقه نیز می­تواند نشان از کانی­زایی در بالا­دست این نواحی باشد که تا کنون مورد شناسایی قرار نگرفته است. منشا تجمع عناصر مس و نقره در رسوبات عمدتاً به نواحی غربی منطقه مرتبط می­باشد و می­تواند نشانگر کانی­سازی­های شناخته شده این نواحی باشد که هم اکنون مورد توجه مکتشفان قرار گرفته است. با توجه به نتایج به­دست آمده، به استثنای عناصر نقره، مس، کادمیوم، کبالت، کروم و نیکل که تا حدی آلودگی نشان می­دهند، حضور بقیه عناصر در منطقه به­طور جدی نقش آلوده کننده­ای ندارد.نبود آلودگی­های قوی در خاک منطقه در زمان فعلی ممکن است به­دلیل نبود فعالیت­های معدن­کاری در غرب منطقه باشد، بدون شک در صورت آغاز فعالیت­های معدن­کاری به­ویژه به­صورت روباز، امکان پراکنش برخی عناصر بیش از پیش فراهم می­گردد که با توجه به زمینه­های موجود، بهتر است پیش از اقدامات معدنی، راهکارهای زیست محیطی مد نظر قرار گیرد.

 

References

  1. Parvaresh, M., Mahdizadeh, H., Saadat, S., 2006, Investigation of origin and distribution of arsenic in water resources of Kuh-shorkh area (Kashmar). 25th Earth Science Congress, Tehran. (In Persian)
  2. Alawi Nejad, A., Saadat, S., Ariaee, A.A., 2015, Dispersion of Arsenic in the Chalpo mining Area (Northeastern Iran), 33th national symposium on earth sciences, Tehran. (In Persian)
  3. Tabasi, S., Abedi, A., 2012, A medical geology study of an arsenic-contaminated area in Kouhsorkh, NE Iran, Environ Geochem Health, Vol. 34, 171–179.
  4. 4-Taheri, J., Shamanian, Gh., 1998, geology map of 1:100000 Kashmar, Iran Geological Survey publication. (In Persian)
  5. Shahrabi, M., Hosseini, M., Shabani, K., 2006, geology map of 1:100000 Bardaskan, Iran Geological Survey publication. (In Persian)
  6. Engineering Company Exploration, 2002, Final report on the semi-specific exploration of mercury in Shahrooz Kashmar. Organization of Industries and Mines of Khorasan Province. (persian)
  7. Saadat, S., 2013, Report of the end of exploration operations of the first stage of copper exploration (Shoorab, Kashmar). Khorasan Razavi Mining and Trade Industry Organization. (In Persian)
  8. Turekian, K. K., wedepohl, K.H., 1961, Distribution of the elements in major units of the Earth, Geological Society of America Bulletin, Vol. 72, pp. 175-192.
  9. Kabata-Pendias, A., Mukherjee, A. B., 2007, Trace Elements from Soil to Human. Springer Science & Business Media, 550 pages.
  10. Gelogical survey of Iran, 1996, Regional geochemical exploration project of stream sediments in Semnan – Kashmar area.
  11. Folk, R.L., 1974, Petrology of sedimentary rocks. Hemphill publishing company. Austin. Texas, 182p.
  12. Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 1992, Trace element in soils and plants. 2 nd edition, CRC press, Boca Raton, FL.
  13. USEPA., 2012, Drinking Water Standards and Health Advisories. Washington, DC: Office of Water, United State Environment Protection Agancy.
  14. WHO, World Health Report, 2000, Health Systems: Improving Performance. Geneva, World Health Organization.
  15. Dixit R, Malaviya D, Pandiyan K, Singh UB, Sahu A, Shukla R, 2015, Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability, Vol. 7(2), pp. 2189-2212.
  16. Ure, A.M. Berrow, M.L., 1982, The elemental constituents of soils; in H.J.M. Bowen (ed.), Environmental Chemistry, Vol. 2: Royal Society of Chemistry, London, pp. 94-204.
  17. Foth, H. D., 1990, Fundamentals of soil science, eight edition. Michigan university, by John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471- 52279-1.
  18. Loska, K. Chebual, J. Pleczar, J. Wiechla, D. Kwapulinski, J., 1995, Use of environment and contamination factors togheder with geoaccmulation indexes to elevate the content of Cd, Cu and Ni in the Rybink water reservoir in Poland Water, Air and Soil pollution, 93, P 347-365.
  19. Adamo, P., Arenzo, M., Imperato, M., Naimo, D., Nardi, G., Stanzione, D., 2005, Distribution and partition of heavy metal in surface and sub-surface sediments of Naplescity Por, Chemosphere, Vol. 61, pp. 800-809.
  20. Bowen, H.J.M., 1979, Environmental Chemistry of the Elements, Academic Press, New York, 333p.
  21. Müller, G., 1969, Index of geoaccumulation in the sediments of the Rhine River. Geojournal, Vol.2, pp.108-118.
22.   Shayeste far, M., R., Rezaei A., 2011, Estimation of Pollution and Distribution of Heavy Metals in Sarcheshmeh Copper Mine Sediments Using Geochemical Data and Statistical Analysis. Journal of Mining Engineering, Sixth Edition, No. 11, pp. 25-34. (In Persian)
23.   Bhuiyana, M. A. H., Parvez, L, Islam, M. A., Dampare, S. B., Suzukia, S., 2010, Heavy metal pollution of coal mine affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh, Journal of Hazardous Materials, Vol. 173, pp. 384–392.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[1]- دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه زمین­شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

[2]- دانشیار، گروه زمین­شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران *(مسوول مکاتبات)

[3]- استادیار، گروه زمین­شناسی و مهندسی نفت، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

1- Graduated Master, Department of Geology and Petroleum Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran

2- Associate Professor, Department of Geology and Petroleum Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran *(Corresponding Authors)

3- Assistant Professor, Department of Geology and Petroleum Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran

Parvaresh, M., Mahdizadeh, H., Saadat, S., 2006, Investigation of origin and distribution of arsenic in water resources of Kuh-shorkh area (Kashmar). 25th Earth Science Congress, Tehran. (In Persian)
Alawi Nejad, A., Saadat, S., Ariaee, A.A., 2015, Dispersion of Arsenic in the Chalpo mining Area (Northeastern Iran), 33th national symposium on earth sciences, Tehran. (In Persian)
Tabasi, S., Abedi, A., 2012, A medical geology study of an arsenic-contaminated area in Kouhsorkh, NE Iran, Environ Geochem Health, Vol. 34, 171–179.
4-Taheri, J., Shamanian, Gh., 1998, geology map of 1:100000 Kashmar, Iran Geological Survey publication. (In Persian)
Shahrabi, M., Hosseini, M., Shabani, K., 2006, geology map of 1:100000 Bardaskan, Iran Geological Survey publication. (In Persian)
Engineering Company Exploration, 2002, Final report on the semi-specific exploration of mercury in Shahrooz Kashmar. Organization of Industries and Mines of Khorasan Province. (persian)
Saadat, S., 2013, Report of the end of exploration operations of the first stage of copper exploration (Shoorab, Kashmar). Khorasan Razavi Mining and Trade Industry Organization. (In Persian)
Turekian, K. K., wedepohl, K.H., 1961, Distribution of the elements in major units of the Earth, Geological Society of America Bulletin, Vol. 72, pp. 175-192.
Kabata-Pendias, A., Mukherjee, A. B., 2007, Trace Elements from Soil to Human. Springer Science & Business Media, 550 pages.
Gelogical survey of Iran, 1996, Regional geochemical exploration project of stream sediments in Semnan – Kashmar area.
Folk, R.L., 1974, Petrology of sedimentary rocks. Hemphill publishing company. Austin. Texas, 182p.
Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 1992, Trace element in soils and plants. 2 nd edition, CRC press, Boca Raton, FL.
USEPA., 2012, Drinking Water Standards and Health Advisories. Washington, DC: Office of Water, United State Environment Protection Agancy.
WHO, World Health Report, 2000, Health Systems: Improving Performance. Geneva, World Health Organization.
Dixit R, Malaviya D, Pandiyan K, Singh UB, Sahu A, Shukla R, 2015, Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability, Vol. 7(2), pp. 2189-2212.
Ure, A.M. Berrow, M.L., 1982, The elemental constituents of soils; in H.J.M. Bowen (ed.), Environmental Chemistry, Vol. 2: Royal Society of Chemistry, London, pp. 94-204.
Foth, H. D., 1990, Fundamentals of soil science, eight edition. Michigan university, by John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471- 52279-1.
Loska, K. Chebual, J. Pleczar, J. Wiechla, D. Kwapulinski, J., 1995, Use of environment and contamination factors togheder with geoaccmulation indexes to elevate the content of Cd, Cu and Ni in the Rybink water reservoir in Poland Water, Air and Soil pollution, 93, P 347-365.
Adamo, P., Arenzo, M., Imperato, M., Naimo, D., Nardi, G., Stanzione, D., 2005, Distribution and partition of heavy metal in surface and sub-surface sediments of Naplescity Por, Chemosphere, Vol. 61, pp. 800-809.
Bowen, H.J.M., 1979, Environmental Chemistry of the Elements, Academic Press, New York, 333p.
Müller, G., 1969, Index of geoaccumulation in the sediments of the Rhine River. Geojournal, Vol.2, pp.108-118.
22.   Shayeste far, M., R., Rezaei A., 2011, Estimation of Pollution and Distribution of Heavy Metals in Sarcheshmeh Copper Mine Sediments Using Geochemical Data and Statistical Analysis. Journal of Mining Engineering, Sixth Edition, No. 11, pp. 25-34. (In Persian)
23.   Bhuiyana, M. A. H., Parvez, L, Islam, M. A., Dampare, S. B., Suzukia, S., 2010, Heavy metal pollution of coal mine affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh, Journal of Hazardous Materials, Vol. 173, pp. 384–392.