تعیین میزان حضور عناصر در فازهای مختلف رسوبی در رودخانه بهشهر و سد عباس‌آباد

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،ویژه نامه شماره 5، تابستان1396

تعیین میزان حضور عناصر در فازهای مختلف رسوبی در رودخانه بهشهر و سد عباس‌آباد

فاطمه ضرغامی ^[1]*

dzarghami2626@gmail.com

آیدا بیاتی[2]

عبد الرضا کرباسی[3]

چکیده

زمینه و هدف: در این تحقیق رسوبات سد عباس آباد و دو رودخانه منتهی به آن و یک رودخانه فرعی (خارج شده از آن)  مورد آنالیز شیمیایی  قرار گرفتند تا غلظت فلزات سنگین به همراه آهن و کلسیم و منشأ آن ها تعیین شود و شدت آلودگی رودخانه نیز تعیین شود. تا با تدوین غلظت پیشین (طبیعی) و غلظت انسان ساخت عناصر در تحقیقات آتی که توسط اطراف سد افزایش خواهد یافت،مقیاس نسبی در دسترس باشد.

روش بررسی: نمونه گیری در 6 ایستگاه در منطقه در شهریور 1392 انجام یافت .در اولین گام غلظت آهن، کلسیم، منگنز، روی، مس،نیکل و کادمیوم تعیین شد.سپس روش تفکیک شیمیایی 5 مرحله ای برای شناخت ارتباط فلزات با مراحل مختلف رسوب مورد استفاده قرار گرفت.

یافته‌ها: با توجه به نتایج تفکیک شیمیایی و همچنین محاسبات شدت آلودگی اکثر فلزات مورد مطالعه منشأزمینی دارند،در حالی که بخش قابل توجهی از کادمیوم از منابع انسانی سرچشمه گرفته است. با استفاده از روش آنالیز خوشه ای ارتباط عناصر در پیوندهای مختلف نشان داد که روی ، مس ، نیکل منشأ  نفتی و آهن منشأ زمینی وکلسیم منشأ بیوژنیک و کادمیوم ، منگنز منشأ نامشخص دارند.شدت آلودگی توسط شاخص های I_poll ،I_{geo و} EF مشخص شده است.دو شاخص I_poll ،I_geo نشان دهنده غیر آلوده بودن محیط نسبت به همه عناصر به جز کادمیوم با آلودگی کم است که نتایج این دو شاخص سازگار با نتایج تفکیک شیمیایی می باشد.نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که استفاده از EF در تعیین شدت آلودگی برای عناصر محدود می باشد.

بحث و نتیجه‌گیری: با توجه به داشتن میزان غلظت کل  و مقایسه آن با شاخص ها منطقه فاقد آلودگی است و تنها آلودگی اندک نسبت به کادمیوم را نشان می دهد.

واژه­های کلیدی: رسوبات ، فلزات سنگین ، سدعباس آباد ، شاخص های ژئوشیمیایی.

Determination of heavy metals bonding in various sedimentary phases in Behshahr River and Abbas Abad dam

Fateme Zarghami[4]*

dzarghami2626@gmail.com

Aida Biati[5]

Abdolreza Karbassi[6]

Abstract

Background and Objective: In this study, the sediments from Abbas Abad dam and two rivers entering into it and a tributary river are chemically analyzed to determine the concentration of heavy metals along with iron and calcium and their origin. The pollution intensity of river was also computed.

Method: Sampling was carried out at 6 stations along the river in September 2013. In the first step, the bulk concentrations of Iron, Calcium, Magnesium, Zinc, Copper, Nickel, and Cadmium were determined. Subsequently, a 5 steps chemical partitioning technique was used to identify the association of metals with different sedimentary phases.

Findings: Majority of the studied metals have lithogenic sources while a significant portion of Cd is originated from anthropogenic sources. The result of chemical partitioning studies is well in accordance with the pollution intensity computations. Cluster analysis dendrogram reveals that the source for Zinc, Copper, and Nickel is oil, for Iron might be lithogenous, for calcium is biogenetic and for Cadmium and magnesium is unknown. The pollution intensity has been presented by various indices such as EF, I_poll and I_geo. The two indices, namely I_POll and I_geo, are indicative of a non-polluted environment for all elements except for Cadmium with low pollution. The results of these two indices are in accordance with chemical partitioning studies. The results of the present study show that application of EF in determination of pollution intensity is limited.

Conclusion: Considering the total concentration and its comparison with other indices, the study area is not polluted and only an insignificant contamination with Cd is noticed. 

Keywords: Sediments, Heavy metals, Abbas Abad Dam, Geochemical indicators

مقدمه

آب و منابع آبی در تمام فر آیند‌های زیستی و حتی فرآیندهای غیر زیستی  نقشی مؤثرو بنیادین دارد. عناصر فلزی وقتی به محیط های آبی راه می یابند در نهایت در رسوبات تجمع پیدا کرده و هنگامی که تعادل بین رسوبات و آب پوشاننده آن شکسته می شود عناصر سمی در زنجیره غذایی آزاد می شوند و در نتیجه تغییرات بنیادی  در اکوسیستم ، سلامت بشر را به مخاطره می اندازد(1).سرنوشت نهایی هر آلاینده ترسیب در رسوب است و رسوب نوار کاستی آلاینده را در خود ضبط میکندو از تجزیه و تحلیل آن می توان به میزان و نوع آلودگی پی برد. (2) .رسوبات جزئی  تفکیک ناپذیر در اکوسیستم های آبی به شمار می روند و اغلب به عنوان مخزن نهایی برای تجمع فلزات سمی محیط زیست های ساحلی در نظر گرفته می­شوند(3). رسوبات به عنوان یک منبع فلزات سنگین از فازهای ژئوشیمیایی (کربنات ،سولفید ،مواد آلی و اکسیدهای آهن و منگنز) تشکیل می­شوند و تمایل به تجمع در رسوب دارند .مطالعات ژئوشیمیایی، سهم زمینی و انسان ساخت را مشخص می کند در طبیعت با نزدیکی به منابع آلوده کننده میزان فاز انسان ساخت افزایش می یابد (4). مطالعاتی در زمینه رسوب در ایران انجام گرفته است. پژوهشی که توسط جمشیدی زنجانی و سعیدی در سال 1392در مورد آلودگی فلزات سنگین در تالاب انزلی انجام گرفته که نشان می دهد غلطت فلزات در مقایسه با پوسته زمین بسیار بالاست و غنی سازی برای فلزات کادمیوم ،سرب و روی با توجه به فعالیت های انسانی باعث آلودگی در منطقه شده است (5). نتایج پژوهشی  بر روی عناصر سنگین در رسوبات رودخانه قره چای شازند توسط کیهانی در سال 1392(6) و رودخانه شفارود توسط بیاتی در سال 1384(7) انجام یافت نشان از غلظت بالای فلزات سنگین با منشأ زمینی داشت که منطقه را فاقد آلودگی معرفی کرد. در تحقیقی که توسط سعیدی در سال 1389که آلودگی فلزات سنگین و آلاینده‌های نفتی را در رسوبات سطحی جنوب شرقی دریای خزر بررسی کرد غلظت  بالای برخی فلزات  سنگین  ولی غیر آلوده بودن منطقه نسبت به آن ها را نشان داد و آلودگی کم تا متوسط مناطق غربی و مرکزی استان مازندارن تشخیص داده شد(8). تحقیق دیگری که بر روی روند انتشار و تجمع فلزات سنگین در رسوبات تالاب انزلی توسط فیلی زاده در سال 1383انجام یافت ، نشان داد که با دور شدن از مصب رودخانه های ورودی  مقدار فلزات سنگین کاهش می یابد که به دلیل ترسیب فلزات سنگین مصب رودخانه است (9).در مطالعه بررسی فلزات سنگین در ذرات معلق رودخانه تجن که توسط رادمنش در سال 1379انجام یافت، مشخص شد که منگنزو آهن منشأ زمینی داردو ارتباط چهار عنصر مس، منگنز، نیکل و سرب با مواد آلی بیش از کلسیم(شاخص بیوژنیک ) است،  پس می‌توان گفت مواد آلی نقش موثرتری در کنترل غلظت عناصر سنگین به مواد بیوژنی ایفا می‌نماید(10). بررسی ژئوشیمی رسوبات مغزی دریاچه زریوارکه توسط قربانی در سال 1375 انجام یافت ، نشان داد به غیر از عنصر سرب، غلظت بقیه عناصر در حد طبیعی قرار داردو سرب منشأ انسان ساخت ندارد. همچنین حضور سولفیدهای آهن و منگنز(به میزان کم) نشان دهنده تبدیل شدن محیط اکسایش به محیط احیا می‌باشد.(11). در جهان هم تحقیقاتی برروی فلزات سنگین در رسوب انجام گرفته است مطالعات ژئوشیمی رسوبات دریاچه Nainital در هندوستان توسط Jain و Malik در سال 2006، خبر از غلظت بالای فلزات سنگین در این ناحیه داد  که در نتیجه ادامه این روند و عدم مدیریت دسترسی بیولوژیکی را هم دچار اشکال می کند.(12) . بررسیهای که در رسوبات آبی اطراف دهکدهFire Fly توسط Anazawa و همکارانش در سال 2004 در ژاپن انجام یافت ، نشان داد که بدلیل مخلوط شدن جریان آب معدنی و رودخانه غلظت عناصر سنگین و کادمیوم بالا رفته است (13). در تحقیقی که جهت جداسازی فلزات سنگین به روش متوالی در رسوبات رودخانهThamesدر انگلستان و رودخانه Estuary در جنوب شرقی کشور ترکیه توسط Dasscnakis در سال 2002 بر روی غلظت فلزات سنگین (به دلیل فعالیت کارخانه کروم ) صورت گرفت، نشان از بالا بودن مقادیر زیاد سهم انسان ساخت فلزات سنگین در این ناحیه داد (14). لذا با توجه به غلظت فلزات سنگین در منطقه مورد مطالعه هدف از این تحقیق منشأیابی وپیوندهای عناصرسنگین است و از آنجایی که فلزات سنگین در آبهای سطحی  از منابع طبیعی یا انسان ساخت  سرچشمه می گیرند و منابع عمده ورود آلودگی  منشأ انسان ساخت دارند (15). لذا سهم انسان ساخت و زمینی و میزان شدت آلودگی در منطقه تعیین شده است  تا از  برخی از مشکلات آلودگی آب جلوگیری شود.

روش بررسی

محدوده مطالعاتی عباس آباد در ارتفاعات میانبندپوشیده از درخت در رشته کوه های جهان مورآ در 9 کیلومتری جنوب شرقی شهر بهشهر در شرق شهرستان ساری قرار دارد(16).قدمت این ناحیه به دوران ژوراسیک برمی گردد و خاک آن دارای کانی آهکی ، رسی ، شیل ، شن ، سیلت و
کنگلومرا است(17). منطقه مورد مطالعه زیر مجموعه حوزه آبریز رودخانه ساحلی دریای خزر با وسعت171کیلومترمربع می باشد (3) و شیب آن از جنوب به شمال و نسبتا ملایم و ارتفاع آن 380 متر است (18). در این پژوهش به منظور بررسی آلودگی فلزات سنگین و تفکیک شیمیایی شش منطقه توسط دستگاه GPSونمونه بردارVan  veen grab در شهریور 1392انتخاب شده است (نقشه و جدول1).

نقشه 1- نقاط نمونه برداری

Map 1-Sampling points

جدول 1- موقعیت جغرافیایی نقاط نمونه برداری سد عباس آباد و رودخانه اطراف

Table 1- Geographical location of the sampling points of Abbas Abad Dam and the surrounding river

به دلیل محدودیت مالی تعداد ایستگاه­ها در حداقل  ممکن انتخاب شد. درنتیجه شش نقطه طوری انتخاب شدند که کل مجموعه آبی سد تاریخی عباس آباد را تحت پوشش قرار دهند ایستگاه چهارم برای آبیاری شالیزارها به کار می رود و ایستگاه پنجم و ششم مربوط به دو رود منشأ گرفته از سد می­باشند. نمونه­ها  توسط کیسه های زبپی و پیمانه پلاستیکی و قاشق چوبی (ظروف قبل از نمونه برداری با آب مقطر و اسیدکلریدریک پانزده درصد شستشو داده شد) تهیه و در دمای چهار درجه سانتی گراد محافظت و جهت هضم نمونه هابه آزمایشگاه منتقل شدند.سپس آزمایش های تجزیه کامل و تفکیک شیمیایی پنج مرحله ای بر روی نمونه ها انجام یافت. (نمودار1) (19). سپس روش تفکیک شیمیایی پنج مرحله­ای (نمودار 2) بصورت خلاصه دکر شده است.

کلیه اسیدهای مورد استفاده از نوع اکستراپیور و ساخت شرکت Merk آلمان بوده اند تا از بروز خطا در آزمایشات تا حد امکان پیشگیری کنند. دستگاه جذب اتمی مورد استفاده AAS(Varian Model Spetraa,200) بوده است.

نمودار1-مراحل تجزیه کامل

Chart 1-Decomposition process diagrams

جهت تفسیر آماری رابطه عناصر با یکدیگر و منشأیابی و درک روابط آن ها با استفاده از نرم افزار MVSP ،آمارها به دندوگرام تبدیل شد.در نهایت توسط شاخص های ژئوشیمیایی مولر(I_geo)و شاخص ژئوشیمیایی کرباسی(I_poll) و فاکتور تجمع(EF) شدت آلودگی عناصر سنگین تعیین شد و  جدول استاندارد تدوین شد(19).

محاسبات و نتایج

نتایج تجزیه کامل فلزات سنگین و بار مواد آلی اندازه‌گیری شده در 6 ایستگاه نمونه‌برداری برای رسوبات سد و رودخانه‌های منتهی به عباس‌آباد، هم چنین مقایسه این نتایج با مقادیر رسوبات جهانی و پوسته زمین نشان میدهد که مقادیر عناصر مس ،منگنز ،روی و کادمیوم از میانگین پوسته زمین و رسوبات جهانی و مقادیر آنها در شیل بالاتر است یعنی با توجه به کاربریهای مختلفی که در منطقه وجود دارد  از جمله کاربری تاریخی (وجود سد و دریاچه و بنای چهارطاقی میان سد )،کاربری جنگلی (عمده ترین کاربری )، کاربری تجاری(رستوران و اغذیه فروشی )کاربری صنعتی (قایق رانی ) ولی ساختار زمین شناسی منطقه علت اصلی غلظت هر عنصر محسوب می باشد.به غیر از کادمیوم که می تواند به سبب کودهای فسفاته برای آییاری زمین های شالیزار و محل های دفن زباله و یا تا حدی از طریق فرسایش لاستیک ماشین های گذری مشتق شده باشد سایر عناصر (به غیر از کلسیم و کادمیوم) دارای غلظت طبیعی می باشند. کلسیم به دلیل منظور داشتن مقیاس وضعیت بیوژنیتیکی منطقه و آلودگی حاصل از آن در کنار فلزات دیگر مورد نمونه برداری و آنالیز قرارگرفته است.علت بالا بودن کلسیم در فاز انسان ساخت نیز نمی تواند در اثر آلودگی باشد بلکه کلسیم و مشتقات آن (کلسیم کربنات) به راحتی در اسید استیک قابل حل بوده و نشان از فعالیت های بیوژنیکی در آب سد است. تغییرات کم ترین غلظت آهن (حدود 9/1%) تا بیش ترین غلظت آهن (حدود 5/2%) می تواند به علت شرایط اکسایش و احیا در بستر سد باشد. به عبارت دیگر شرایط احیا موجب تشکیل سولفیدهای آهن و منگنز می شود که حلالیت بیش تری در آب های فوق بستر دارند.کلسیم به عنوان شاخص بیوژنیک در مطالعات ژئوشیمیایی معرفی شده که این به منظور داشتن مقیاس وضعیت بیوژنیتیکی منطقه و آلودگی حاصل از آن است.بنابراین کلسیم در کنار فلزات دیگر مورد نمونه برداری و آنالیز قرارگرفته است. تا بتوان رابطه آن را مورد بررسی قرار داد.کلسیم در بعضی مناطق میل ترکیبی شدیدی با فلزات نشان می دهد لذا در این مطالعه ارتباط کلسیم و حضور آن درذرات خاک می توان در منشأیابی آلودگی مؤثر باشد

نتایج آنالیز خوشه ای که توسط نرم افزار MVSP به دست آمده با توجه به نمودار 3 به شرح زیر است.

Mnو Cdدر یک شاخه قرار دارند و ضریب همبستگی معنی‌داری با آهن دارند و آهن هم شاخص زمینی است ولی چون این دو عنصر در دامنه بی معنی(45/0+تا 45/0-) قرار دارند یعنی دارای منشا نامشخص هستند.Ca (شاخص بیوژنیک) و LOI(شاخص مواد آلی )با هم در یک شاخه قرار دارند.یعنی مواد آلی موجود در منطقه خصوصیات بایوژنیکی دارند و این بدلیل ساختار زمین شناسی منطقه است که به دوران ژوراسیک برمی‌گردد و دارای پوسته آهکی کربناته از رس وشیل است.اما مقدار کلسیم در این بافت کم تر از میانگین جهانی است.Ni(شاخص نفتی)، ZnوCuدر یک شاخه قرار دارندو پس دو عنصر روی ومس هم منشأ نفتی دارند،و این می‌تواند به دلیل قدمت زیاد ساختار زمین شناسی منطقه که به دوران ژوراسیک برمی‌گردد، باشد و در بافت این مناطق شیل های نفتی باشد که هنوز به مرز پختگی نرسیده و نابالغند.

نمودار 3-دندروگرام آنالیز خوشه‌ای عناصر سنگین در رسوبات سد عباس‌آباد و رودخانه‌های منتهی به آن

Chart 3-Dendrogram of Cluster Analysis of Heavy Elements in Abbas Abad Dam and Its Rivers

نتایج تفکیک شیمیایی پنج مرحله ای

میانگین درصد حضور عناصر در فاز سست به صورت زیراست

Ca (32.83%) >Cd (19.83%) >Zn (12%) >Fe (7.93%) >Cu (6%) >Ni (6.08%) >Mn (5.91%)

میانگین درصد حضور عناصر در فاز سولفیدی به صورت زیر است:

Cd (16.5%) >Zn (15.5%) >Cu (12%) >Ca (10%) >Fe (9.5%) >Mn (9%) >Ni (4%)

میانگین درصد حضورعناصر در فاز آلی به صورت زیر است

Cd (25.01%) >Ca (13.82%) >Cu (7%) >Ni (3.25%) >Zn (1.94%) >Mn (1.39 %) > Fe (0.05%)

میانگین درصد حضور عناصر درفاز مقاوم به صورت زیر است:

Ni (82.5%) >Mn (82.26%) >Fe (82.13%) >Cu (74.51%) >Zn (70%) >Ca (42.81%) >Cd (21.75%)

میانگین درصد حضور عناصر در فاز میان بطنی به صورت زیر است:

Cd (16.91%) >Ni (4.17%) >Mn (1.44%) >Zn (0.56%) >Ca (0.54%) >Cu (0.49%) >Fe (0.39%)

از لحاظ زیست محیطی پیوند عناصر با فاز سست رسوبات بسیار حائز اهمیت است، چراکه با اندک تغییرات در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب های فوقانی، ‌امکان آزاد شدن چنین عناصر و قرار گرفتن آنها در لایه آب های فوقانی وجود دارد. در میانگین عناصر مقدار کلسیم و کادمیوم بالا است که قسمت عمده کادمیوم به فاز انسان ساخت بر می‌گردد.  علت بالا بودن کلسیم به علت انحلال کلسیم کربنات در اسید استیک و نشان دهنده فعالیت های بیوژنیک در سد می باشد.پیوند سولفیدی به مراتب قوی تر از پیوند سست است و احتمال شکسته شدن آن در طبیعت کم تر وجود دارد. بدلیل انباشت مواد آلی بر روی یکدیگر شرایط احیا حادث می شود.در میانگین درصد عناصر در این فاز میران کادمیوم از همه بالاتر است..حضور سولفید آهن حتی به میزان کم می‌تواند به عنوان زنگ خطری جهت تبدیل محیط اکسایش به محیط احیا تلقی گردد. تحت شرایط احیا اکسیژن کافی برای تخریب مواد آلی وجود نخواهد داشت و پس از مدتی باروری رودخانه شدیداً کاهش خواهد یافت. از طرفی آزاد شدن فلزات سنگین که در فاز سست رسوبات قرار گرفته‌اند، افزایش می‌یابد که بدین ترتیب آب زیان در یک محیط سمی قرار خواهندگرفت. پیوند آلی- فلزی بسیار محکم بوده و با تغییرات عمده در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب‌های فوقانی شکسته نمی‌شود و عملاً خطری برای محیط زیست به همراه ندارد و حتی می‌تواند به عنوان پالایشگر آلودگی نیز محسوب شود. نتایج نشان می‌دهد میزان حضور عناصر درفازمقاوم بالاست. عناصر با تغییر در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب های فوقانی شکسته نمی‌شود. بنابراین شانس آزاد شدن آنها در آب‌های فوقانی وجود ندارد معمولا بخش ناچیزی از عناصر در  فاز میان بطنی قرار می‌گیرند اما مشاهده می‌شود که عناصر کادمیوم، نیکل تا حد قابل توجهی در این فاز حضور دارند

 برای جمع‌بندی این بخش، نتایج تفکیک شیمیایی که مورد بحث قرار گرفت به دو گروه انسان ساخت (مجموع فازهای سست، سولفیدی و آلی) و زمین ساخت (مجموع فازهای مقاوم و میان‌بطنی) تقسیم می‌گردد

میانگین درصد فاز انسان ساخت و درصد زمینی در شش ایستگاه به ترتیب زیر است.

درصد انسان ساخت:

Cd (57%) >Ca (38%) >Cu (16%) >Zn (11%) >Fe (7%) >Mn (6%) >Ni (4%)

درصد زمینی:

Ni (96%) >Mn (94%) >Fe (93%) >Zn (89%) >Cu (84%) >Ca (62%) >Cd (43%)

بالاترین مقدار مربوط به کادمیوم است که در این منطقه تنها عنصری است که درصد انسان ساخت آن بیشتر از درصد زمینی است.

تعیین شدت آلودگی عناصرسنگین در رسوبات سد عباس‌آباد و رودخانه‌های اطراف  توسط شاخص ها:

1-فرمول شاخص ژئوشیمیایی مولر(19)

I_geo= log [Cn/Bn * 1.5]

2-فرمول شاخص ژئوشیمیایی کرباسی(19)

I_poll= log₂ [Cn/Bn]

 براساس این دو شاخص نتایج  شدت آلودگی بر طبق جدول 2 است

جدول 2-مقدار عناصر در شش ایستگاه بر اساس شاخص ژیوشیمیایی مولر و کرباسی

Table 2-The amount of elements in six station based on the geochemical index of molars and carbs

در فرمول ها مقادیر متفاوت استفاده می شود به عنوان مثال شاخصI _geo یک شاخص قدیمی برای سال 1979 بوده است که از مقادیر شیل در فرمول برای Bn استفاده می کند ، ولی شاخص I_pollکه در سال 2008 معرفی شده از نتایج آزمایشگاهی معتبر و مدون است و از مقادیر Bn به دست آمده که حاصل از محاسبات و تفکیک شیمیایی است ، استفاده می کند. برای شاخص EF از مقادیر پوسته زمین و غلظت بدست آمده در این مطالعه استفاده شده است.اما به طور کلی منطقه از نظر شدت آلودگی فاقد آلودگی است و فقط آلودگی کم نسبت به کادمیوم را نشان می دهد که این بدلیل سایش لاستیک های حاصل از گذر خودروها و محل دفن زباله ورسوبات رودایست که برای آبیاری شالیزار به کار می رود زیرا شالیزارها از کود شیمیایی استفاده می کنند.

3- محاسبه فاکتور تجمع:براساس فاکتور تجمع مقدار  در جدول 3عناصر به شرح زیر است.

جدول3- میران عناصر و وضعیت آن ها براساس فاکتور تجمع

Table 3- The amount of elements and their status based on aggregation factor

در جدول 4 عناصر براساس سه شاخص الودگی با هم مقایسه شده­اند.

جدول 4- جدول مقایسه ای عناصر بر اساس سه شاخص آلودگی

Table 4- Comparative table of elements based on three indicators of pollution

در شاخص ژئوشیمیایی مولر عدد صفر و در شاخص ژئوشیمیایی کرباسی منطقه فاقد آلودگی است و رسوبات منطقه نسبت به عنصر کادمیوم آلودگی اندک دارند. شاخص تجمع آلودگی ((EFبا این دو شاخص و تفکیک شیمیایی (فاز انسان ساخت)از نطر کمی هماهنگی ندارد  و نتایج آن در محدوده مورد مطالعه منطقی نیست.درصد انسان ساخت با دو شاخص I_geoوI_pollهماهنگی دارد و از آن جا که شاخص ژئوشیمیایی کرباسی(I_poll)تصحیح شده شاخص ژئوشیمیایی مولر(I_geo) است پس شاخص ژئوشیمیایی کرباسی از نطر منطقی صحیح است و با تفکیک شیمیایی فاز انسان ساخت هم همخوانی دارد. . علت تغییر در ارقام شاخص ها آن است که برخی از شاخص ها از غلظت شیل و یا پوسته زمین بعنوان غلظت اولیه استفاده می کنند که ممکن است زمین شناسی منطقه مورد مطالعه تابع این فاکتور نباشد و به عکس شاخص I _pollکه از غلظت طبیعی همان عنصر توسط روش تفکیک شیمیایی استفاده می کند ، تصویر واقعی تری را بیان می دارد. در نهایت نتیجه می گیریم که منطقه فقط نسبت به عنصر کادمیوم دارای آلودگی اندک است.

در جدول5 میزان استاندارد عناصر و تغییرات مجاز آن ها تدوین شده که در مطالعات آتی مورد استفاده قرار گیرد.

جدول 5-میزان استاندارد عناصر و انحراف معیار آن ها

Table 5- Levels of elements and their standard deviation

با استفاده از مطالعات تفکیک شیمیایی می‌توان نسبت به محاسبه مقدار عناصر در زمانی که آلودگی وجود ندارد، اقدام کرد این رقم می‌تواند به عنوان استاندارد عناصر مورد مطالعه استفاده شود. میزان انحراف معیار استاندارد می‌تواند به عنوان تغییرات مجاز در نظر گرفته شود. به این ترتیب با داشتن چنین استاندارد عناصری در مطالعات آینده نیازی به انجام محاسبات تفکیک شیمیایی نیست و تنها با داشتن میزان غلظت کل و مقایسه آن با استاندارد تدوین شده می‌توان پی به وضعیت آلودگی منطقه برد

نتیجه گیری

در این منطقه تحقیقاتی در این زمینه انجام نشده است. امادر تحقیقات مشابه در سراسر ایران نتایجی به دست آمده است . نتایج پژوهشی که بر روی عناصر سنگین در رسوبات رودخانه قره چای شازند توسط کیهانی در سال 1392 و رودخانه شفارودتوسط بیاتی در سال 1384 انجام یافت ، نشان از غلظت بالای فلزات سنگین با منشأ زمینی داشت که منطقه را فاقد آلودگی معرفی کرد. پژوهشی  توسط جمشیدی زنجانی و سعیدی در سال 1392در مورد آلودگی فلزات سنگین در تالاب انزلی انجام گرفته که نشان می دهد غلطت فلزات در مقایسه با پوسته زمین بسیار بالاست و غنی سازی برای فلزات کادمیوم ،سرب و روی با توجه به فعالیت های انسانی باعث آلودگی در منطقه شده است.هدف  این مطالعه اندازه گیری فلزات سنگین و بررسی منطقه با استفاده از شاخص های آلودگی است.کلسیم به عنوان شاخص بیوژنیک در مطالعات ژئوشیمیایی معرفی شده که این به منظور داشتن مقیاس وضعیت بیوژنیتیکی منطقه و آلودگی حاصل از آن است.بنابراین کلسیم در کنار فلزات دیگر مورد نمونه برداری و آنالیز قرارگرفته است، تا بتوان رابطه آن را با عناصر این مقاله ،مورد بررسی قرار داد.کلسیم در بعضی مناطق میل ترکیبی شدیدی با فلزات نشان می دهد لذا در این مطالعه ارتباط کلسیم و حضور آن درذرات خاک می توان در منشأیابی آلودگی مؤثر باشد.در این تحقیق با توجه به نمودار آنالیز خوشه ای منگنز و کادمیوم در دامنه بی معنی قرار گرفته انذ و دارای منشأ نامشخص هستند.مواد آلی موجود در منطقه و کلسیم (شاخص بایوژنیک)خصوصیات بایوژنیک و نیکل (شاخص نفتی) و روی و مس منشأ نفتی دارند و این به دلیل ساختار زمین شناسی منطقه (دوران ژوراسیکو پوسته آهکی کربناته از رس و شیل های نفتی) است . با توجه به نتایج درصد عناصر در فازهای مختلف رسوب بیش تر عناصر در فاز مقاوم قرار دارند یعنی منطقه فاقد آلودگی است و فقط حوادث طبیعی قادر به شکست این پیوند‌هاهستند .بر خلاف دندروگرام آنالیز خوشه‌ای که احتمال غیر زمینی بودن منشا بسیاری از عناصر را نشان می‌دهد ، نتایج تفکیک شیمیایی مشخص می‌کند که منشا همه عناصر غیر از کادمیوم زمینی است. سایر عناصر (به غیر از کلسیم و کادمیوم) دارای غلظت طبیعی می باشند ،علت بالا بودن کلسیم در فاز انسان ساخت نیز نمی تواند در اثر آلودگی باشد بلکه کلسیم و مشتقات آن (کلسیم کربنات) براحتی در اسید استیک قابل انحلال بوده و نشان از فعالیت های بیوژنیکی در آب سد است. تغییرات کم ترین غلظت آهن (حدود 9/1%) تا بیش ترین غلظت آهن (حدود 5/2%) می تواند به علت شرایط اکسایش و احیا در بستر سد باشد. به عبارت دیگر شرایط احیا موجب تشکیل سولفیدهای آهن و منگنز می شود که حلالیت بیش تری در آب های فوق بستر دارند.کلسیم به عنوان شاخص بیوژنیک در مطالعات ژئوشیمیایی معرفی شده که این به منظور داشتن مقیاس وضعیت بیوژنیتیکی منطقه و آلودگی حاصل از آن است.بنابراین کلسیم در کنار فلزات دیگر مورد نمونه برداری و آنالیز قرارگرفته است. تا بتوان رابطه آن را با عناصر بدست آمده، مورد بررسی قرار داد.کلسیم در بعضی مناطق میل ترکیبی شدیدی با فلزات نشان می دهد، لذا در این مطالعه ارتباط کلسیم و حضور آن درذرات خاک می توان در منشأیابی آلودگی مؤثر باشد.

نتایج تفکیک شیمیایی نشان می‌دهد که سهم طبیعی در عناصر بالاتر از سهم انسان ساخت است.به استثنای کادمیوم و این بدلیل کودهای فسفاته برای آبیاری زمین های شالیزار و محل های دفن زباله و یا تا حدی از طریق فرسایش لاستیک ماشین های گذری مشتق شده است . نتایج تفکیک شیمیایی (فاز انسان ساخت) با سه شاخص آلودگی(شاخص های ژئوشیمیایی مولر و کرباسی و تجمع آلودگی) مقایسه شده است.غیر از شاخص تجمع آلودگی(EF) دو شاخص دیگر و درصد اسان ساخت با هم هماهنگی دارند و از آن جایی که شاخص ژئوشیمیایی کرباسی(I_poll)تصحیح شده شاخص ژئوشیمیایی مولر(I_geo) است و با درصد انسانساخت همخوانی دارد ، پس نتایج آن منطقی است  و منطقه فاقد آلودگی بوده و تنها آلودگی اندک نسبت به عنصر کادمیوم نشان می دهد..

در این تحقیق برای اولین بار در منطقه مورد نظر میزان استاندارد عناصربه همراه تغییرات مجاز آن بررسی شده است،.بدین ترتیب نیازی به محاسبات تفکیک شیمیایی عناصر در مطالعات آتی در رسوبات منطقه نیست و تنها با داشتن میزان غلظت کل و مقایسه آن با استاندارد تدوین شده می‌توان پی به وضعیت آلودگی برد

تشکر و قدردانی

بدین وسیله ازهمکاری و مساعدت های کارکنان محترم وزارت نیرو ، شرکت های سهامی آب منطقه بهشهر ،اداره امور آب نکا ،آزمایشگاه فنی و مکانیک استان مازندران ،سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور تشکروقدردانیبهعملمیآید.

منابع

1-      Malferrari, D., Brigatti, M. F., Laurora, A., &Pini, S. 2009." Heavy metals in sediments from canals for water supplying anddrainage: mobilization and control strategies" Journal of Hazardous Materials, 161(2).723-729 pp.

2-      Wang, S., Jia, Y., Wang, S., Wang, X., Wang, H., Zhao, Z., & Liu, B. 2010." Fractionation of heavy metals in shallow marinesediments from Jinzhou Bay", China.Journal of Environmental Science.22 (1), 23-31 pp.

3-      Sin, S. N., Chua, H., Lo, W., & Ng, L. M.  , 2001".Assessment of heavy metal cationsin sediments of ShingMun River, Hong Kong. Environment International .26(5), 297-301 pp.

4-   کرباسی، عبدالرضا، ‌"غلظت استاندارد و منشأ Cd، Ca، Cu، Zn، Ni، Mn، Pb، Feو V در رسوبات سطحی خلیج فارس"، ‌مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست،1379؛ شماره 5 و 6، ‌صفحات 53 تا66.

5-   جمشیدی زنجانی،احمد ،سعیدی ،محسن ،"ارزیابی آلودگی و پهنه بندی کیفی رسوبات سطحی تالاب انزلی بر اساس نتایج شاخص سنجش آلودگی فلزات سنگین"،زمستان 1392،مجله محیط شناسی دانشگاه تهران ،دوره 39 ،شماره 4 ،صفحه 164 تا 170.

6-   کیهانی، زهرا، ‌"بررسی ژئوشیمیایی عناصر سنگین در رسوبات رودخانه قره چای، پایانامه کارشناسی ارشد آلودگیهای محیط زیست، دانشگاه ازاد اسلامی واحد علوم تحقیقات تهران، 1392؛صفحات 2و 56 و150.

7-   بیاتی،آیدا، " تعیین پیوند عناصر سنگین با فازهای مختلف رسوبی در رودخانه شفارود(استان گیلان)"، پایان نامه کارشناسی ارشد آلودگی های محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشکده محیط زیست و انرژی،1384؛ صفحات 5 تا 7و 50 تا 56.

8-   سعیدی، محسن، عابسی ، عزیز، جمشیدی، احمد، ارزیابی آلودگی فلزات سنگین و آلاینده های نفتی در رسوبات سطحی جنوب شرقیدریای خزر، چاپ اول­، انتشارات جغرافیایی محیط شناسی،1389، جلد اول، فصل دوم.

9-   فیلی زاده، یوسف، "بررسی روند انتشار و تجمع فلزات سنگین Pb) وZn، Cd، Cu، Ni، Cr) در رسوبات تالاب انزلی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان،1383؛صفحات 1و 120.

10- رادمنش،‌سیما،"تعیین غلظت Cu، Zn، Ni، Ca، Pb، Mn، Alو Fe و مواد آلی در ذرات معلق آب رودخانه تجن به روش جذب اتمی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و فنون دریایی تهران شمال، 1379؛ صفحات 1و24و150 تا153.

11- قربانی سرایی،‌هاله، "بررسی ژئوشیمیایی رسوبات مغزی دریاچه زریوار و منشأ عناصر سنگین در آن"، پایان نامه کارشناسی ارشد واحد  دانشگاه آزاد اسلامی علوم و فنون دریایی تهران شمال، 1375؛صفحات 158 تا 160.

12-  Jain, C.K & Malik Rashmi, D.S., 2006," Metal Fractionation Study on bed sediments of Lake Nainital", India, pp. 129-130

13-  Anazawa, K. et al, 2004, "Heavy metal Distribution in River Wastes and Sediments around Fire Fly Village shikoku, Japan; Application of Multivariate Analyses", J. Analytical Science, V.20, pp. 79- 84.

14-  Dasscnakis, M., 2002, "The use of Various Methods for the study of metal pollution in marine sediment, the case of Euvoikos Gulf", pp.781-782.

15-  Pendias, H., K., Pendias. 1989. Trace Elements in Soil and Plants. Boca Raton, FL, CRC.

16- خان محمدی، نیره، "احیا و با ززنده‌سازی مجموعه باغ صفوی عباس‌آباد بهشهر با محوریت نقش آب"، پایانامه کارشناسی ارشد مهندسی طراحی محیط زیست، دانشگاه تهران،1388؛صفحات23 تا 25و53تا 69.

17-  سازمان نقشه برداری ایران ،1392.

18-  موسوی نسب، عبدالوهاب، باغ در بهشت کاخ عباس‌آباد بهشهر، تهران،چاپ دوم، انتشارات گنجینه هنر،1385،جلد دوم،فصل اول.

19-  کرباسی، عبدالرضا، جزوه درسی عناصر کمیاب، 1386: صفحات 4 تا 7.