بخشی از مقاله
چکیده
شناخت منشاء، مقدار و الگوی تغییرات مکانی و زمانی فلزات سنگین از این جهت که این عناصر تاثیر بهسزایی در کیفیت محیط زیست انسان دارند، بسیار مهم است. بالابودن غلظت عناصر سنگین در محیط موجب بروز بیماریهای زیادی همچون نارساییهای کلیوی، سرطانزایی و ناهنجاریهای اسکلتی میشود. در این مطالعه 218 نمونه از رسوبات منطقه پاریز در استان کرمان به منظور بررسی 8 عنصر سمی مس، مولیبدن، کبالت، نیکل، آرسنیک، کروم، سرب و روی برداشت و در آزمایشگاه سازمان زمینشناسی و اکتشافات معدنی کشور بهوسیله دستگاه ICP-MS آنالیز گردید.
نتایج آنالیزهای انجامشده بر اساس ضریب همبستگی اسپیرمن، تحلیل مولفههای اصلی و نقشههای پراکندگی عناصر در منطقه مطالعاتی دو الگوی اصلی در پراکنش عناصر است. الگوی اول شامل عناصر روی، کروم، نیکل و کبالت است که ناشی از وجود آمیزههای رنگین و رسوبات آتشفشانی است. با توجه به رفتار ژئوشیمیایی مشابه عناصر مس، مولیبدن، آرسنیک و سرب در گروه دوم قرار میگیرند که ممکن است از واحدهای سنگشناختی گرانودیوریتی، داسیتی و شیلهای موجود در منطقه منشا گرفته باشند و فعالیتهای معدن-کاری مس سرچشمه نیز عاملی برای قرارگیری این عناصر در گروه دوم در نظر گرفته میشود.
مقدمه
فلزات سنگین، گروه کمتر شناختهشدهی عناصر هستند که عناصر واسطه، برخی شبهفلزات، لانتانیدها و اکتینیدها را دربر میگیرند. این اصطلاح بهطور مستمر و گسترده در ژئوشیمی زیستمحیطی به-کار میرود. اگرچه بسیاری از عناصر برای حیات موجودات ضروری هستند با این حال گسترش آنها در محیط نگران کنندهاست. حداقل 26 عنصر از عناصری که بهصورت طبیعی درجهان وجود دارند در دوزهای بالا برای گیاهان و حیوانات بهطور بالقوه مضر هستند
زمانیکه فلزات سنگین وارد زنجیره غذایی شوند بهسمت انباشتهشدن در بدن انسان سوق مییابند و موجب آسیب به کلیهها و سیستم عصبی مرکزی میشوند. در برخی موارد فلزات سبب سرطانزایی و ناقصالخلقهزایی میگردند. سمناکی سرب تمام بدن انسان را تحت تاثیر قرار میدهد و آسیبهای شدیدی به سیستم عصبی مرکزی، دستگاه گوارش و خون وارد میکند. درمعرض-قرارگیری کودکان به سرب سبب تأخیر در رشد فیزیکی و ذهنی، مشکلات رفتاری و اشکال در تمرکز فکری آنها میشود
فلزات سنگین بهطور طبیعی در غلظتهای زمینه در محیطهای خاک، آب، رسوب رودخانه، گیاه و غیره وجود دارند و حضور فلزات بالقوه سمناک درغلظتهای بیش از مقدار زمینه میتواند ناشی از سنگ-بستر زمینشناختی یا منشا انسانزاد آنها باشد.
شناخت منشاء، مقدار و الگوی تغییرات مکانی و زمانی فلزات سنگین ضروری است. تحلیلهای چند متغیره مانند تجزیه مولفههای اصلی - PCA - و تحلیل خوشهای - CA - به تفسیر دادههای زیستمحیطی و جداسازی منابع ورود انسانی و طبیعی به طور گستردهای کمک میکنند. تا کنون در مطالعات متعددی از آمار چند متغیره به منظور بررسی منابع ورود عناصر سنگین در رسوبات، خاک های مناطق شهری، صنعتی و کشاورزی استفاده شده است.
به عنوان مثال، مانتا و همکاران منبع ورود برخی عناصر سنگین را در ایتالیا بررسی کردند. آنها به منظور کاهش تعداد متغیرهای مورد مطالعه از روش تحلیل مولفههای اصلی و تحلیل خوشهای استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که سرب، روی، مس و جیوه دارای منشاء طبیعی بوده و در یک گروه قرار میگیرند در حالی که غلظت نیکل، منگنز، کروم، کبالت و کادمیم در گروه دیگر بوده و به وسیله فعالیتهای انسانی کنترل میشوند. شای و همکاران [5] توزیع مکانی برخی عناصر سنگین را در خاکهای سطحی شانگهای مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان داد منبع اصلی نیکل عوامل طبیعی بوده و عوامل انسانی مهمترین منبع ورود روی، سرب و مس در این منطقه میباشد.
در مطالعهای دیگر تقی پور و همکاران با استفاده از تحلیل خوشهای، تجزیه مولفههای اصلی و همچنین زمین آمار به بررسی منبع کنترل کننده عناصر سنگین در خاک سطحی بخشی از استان همدان پرداختند. آنها نشان دادند که غلظت کروم، کبالت و نیکل در ارتباط با مواد مادری بوده که شامل سنگهای شیل در منطقه مورد مطالعه است. غلظت مس بهطور مشترک به وسیله فعالیتهای انسانی و مواد مادری کنترل میشود و غلظت سرب و روی به وسیله فعالیتهای انسانی تغییر میکند.
با توجه به موقعیت خاص جغرافیایی شهرستان پاریز و قرارگیری در مجاورت معادن سرچشمه و درهزار لزوم بررسی فلزات سنگین در آن مشخص است. در این مطالعه با استفاده از روشهای آماری به بررسی رفتار ژئوشیمیایی و منشا برخی عناصر سنگین Pb - ، Zn، Cu، As، Cr، Ni، Co و - Mo در رسوبات ناحیه پاریز پرداخته میشود. عناصر نیکل، کبالت، کروم و روی از آمیزههای رنگین و رسوبات آتشفشانی و عناصر مولیبدن، مس، آرسنیک و سرب از گرانودیوریتها، داسیتها و شیلهای منطقه منشا گرفتهاند. از روش درونیابی کریجینگ به منظور مطالعه پراکنش این عناصر استفاده شده است.
منطقه مطالعاتی
شهر پاریز دارای آب و هوای معتدل نیمه خشک در نواحی کوهستانی و پایکوهی و گرم و خشک در نواحی دشتی است و در تابستان هوایی بسیار خنک دارد. قسمتهای شمالی بخش پاریز را ارتفاعات و کوهها پوشانده است، به همین علت بارندگی در شمال بخش بیشتر از نواحی دیگر است. طبق آمار ایستگاه باران سنجی سعادت آباد، میزان بارندگی سالانه 188/5 میلی متر است.
محدوده مورد مطالعه در کمربند ماگمایی ارومیه دختر و در حاشیه - جنوبی پهنه ایران مرکزی واقع شده است - شکل . - 1 مطالعات سنگ شناختی و ژئوشیمیائی نشان میدهد که کمربند ماگمایی ارومیه - دخترعموماً از سنگهای کالک آلکالن مرتبط با فرورانش پوسته اقیانوسی نئوتتیس به زیر پوسته قارهای ایران تشکیل شده است.[1] سنگ های آتشفشانی غالبا شامل توف و گدازه هایی با ترکیب بازالت، آندزیت و آندزیت بازالت می باشند که سنگ میزبان کانی سازی نیز محسوب می گردند و واحدهای رسوبی به طور عمده شامل ماسه سنگ و به مقدار کم سنگ آهک است. توده های نفوذی و نیمه نفوذی با سن الیگومیوسن که بیشتر از جنس گرانودیوریت و مونزونیت هستند توالی آتشفشانی رسوبی را در قسمت هایی قطع کرده اند
رسوبات نئوژن شامل کنگلومرا و ماسه سنگ در بخش های جنوبی منطقه گسترش یافته و در نهایت، رسوبات کواترنری به صورت مخروط افکنه، تراس های رودخانه ای و رسوبات بستر آبراهه ای توسعه پیدا کرده اند.
نتایج
خصوصیات آماری غلظت کل فلزات مورد بررسی در 218 نمونه رسوب منطقه مطالعاتی در جدول 1 نشان داده شده است.با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 1 بیشترین میانگین مربوط به عنصر مس و کمترین میانگین مربوط به عنصر مولیبدن می باشد. نتایج آزمون کولموگروف-اسمیرنف و شپیرو-ویلک نشان داد که غلظت تمامی فلزات سنگین موجود در این بررسی از تابع توزیع نرمال پیروی نمی-کنند. از اینرو از ضریب همبستگی اسپیرمن به منظور بررسی ارتباط بین متغیرها استفاده شد - جدول . - 2 مقادیر بالای ضریب همبستگی بین فلزات نشان دهنده یکسان بودن منبع انتشار این عناصر می-باشد.
شکل -1 موقعیت محدوده مطالعاتی با علامت ستاره بر روی نقشه ساختاری ایران و نقشه زمینشناسی به همراه نقاط نمونه برداری.
ضریب همبستگی مثبت و معنیدار بین سه عنصر نیکل، کبالت و کروم نشانگر منشا یکسان آنها است. با توجه به رفتار ژئوشیمیایی این عناصر ضمن تبلور ماگما و در محیط رسوبی، ممکن است از آمیزههای رنگین و رسوبات آتشفشانی منشا گرفته باشند. براساس وجود همبستگی مثبت و معنیدار بین سرب، مس، آرسنیک و مولیبدن میتوان گفت که منشا آنها از داسیتها، گرانودیوریتها و شیلهای موجود در منطقه است.
جدول -1 خلاصه آماری غلظت کل فلزات سنگین - mg Kg1- - در رسوبات منطقه مورد مطالعه - N=218 -
جدول -2 ضریب همبستگی اسپیرمن بین عناصر مورد بررسی در منطقه
مقدار KMO بهدست آمده - KMO=0.788 - در تحلیل مولفههای های 3 تا . - 10 قرارگیری بیشترین غلظت عناصر بر روی واحدهای اصلی نشان میدهد که دادههای موجود برای انجام PCA مناسب سنگشناختی بیانگر منشا این عناصر است. با توجه به قرارگرفتن هستند زیرا این مقدار بیش از 0/7 است. نتایج حاصل از تجزیه بیشترین غلظت عناصر روی،کبالت، نیکل و کروم بر روی رسوبات مولفههای اصلی در جدول 3 مشاهده میشود.
با توجه به این جدول آتشفشانی و آمیزههای رنگین میتوان این واحدهای سنگشناختی را دو مولفه اول بعد از چرخش توانسته اند 69 درصد از کل واریانسها بهعنوان منشا این عناصر معرفی کرد. بر اساس قرارگیری بالاترین را تبیین کنند. مقدار بار فلزات سنگین ارتباط میان آنها و مولفه ها غلظت عناصر سرب، مس، مولیبدن و آرسنیک بر روی گرانودیوریت-را نشان میدهد. که به ترتیب در مولفه اول ها، داسیتها و شیلهای موجود در منطقه میتوان از این واحدهای مس<سرب<مولیبدن<آرسنیک و در مولفه دوم سنگشناختی بهعنوان منبع ورود این عناصر با محیطزیست نام برد.
کبالت<نیکل<کروم<روی است. این ترتیب قرار گیری از اهمیت عناصر اخیر در اثر معدنکاری مس پورفیری از گرانودیوریتها نیز خاصی برخوردار است و نشاندهنده میزان تأثیرگذاری و کنترل- رها میشوند. بنابراین فعالیتهای انسان در تشدید آزادسازی آنها کنندگی هر مولفه در هر عنصر است. شکل 3 نشاندهنده نمودار 3 دخیل بوده است.
بعدی بار عاملی چرخش یافته مولفههای حاصل از تجزیه عاملهااست. عناصری که بیشترین بار هر یک از مولفهها را تشکیل دادهاند، از نظر فضایی در کنار یگدیگر قرار گرفتهاند و به این طریق این فلزات به احتمال زیادی از لحاظ منابع کنترل کننده و رفتار ژئوشیمیایی یکسان هستند. آمیزههای رنگین و رسوبات آتشفشانی منبع عناصر کروم، نیکل، کبالت و روی؛ و داسیتها، گرانودیوریتها و شیلهای موجود در منطقه کنترلکننده غلظت عناصر آرسنیک، سرب، مس و مولیبدن هستند.
جدول -3 بار عامل چرخشیافته فلزات سنگین برای دو مولفه اول با نقشه های پراکندگی عناصر سرب، روی، مس، مولیبدن، کبالت،
شکل -2 نمودار دوبعدی بار چرخشیافته مولفه های اصلی
شکل-3 نقشه پراکندگی عنصر آرسنیک در منطقه مطالعاتی
شکل -4 نقشه پراکندگی عنصر کبالت در منطقه مطالعاتی
