بخشی از مقاله
چکیده
سیالات ژئوترمال بخاطر دمای زیاد و املاح مختلف به همراه فلزات سنگین معمولا سبب آلودگیهای زیست محیطی میشوند. دما و فشار بالا، جوشش و انقباض گرمایی پس از نمونهگیری و دو فازی بودن سیالات ژئوترمال سبب شده است تا نمونهگیری از سیالات ژئوترمال دارای مشکلات و مسائلی باشد که در نمونهگیری از سیالات سطحی و غیر ژئوترمال وجود ندارد. بنابراین برداشت نمونه درست و مطمئن از سیالات ژئوترمال، نیازمند بکارگیری روشهای ویژه و استاندارد جهانی میباشد زیرا تمامی تفاسیر و نتیجهگیریها بر پایه نتایج حاصل از نمونه های ژئوشیمیایی برداشت شده میباشد.
در این مقاله، روشهای استاندارد جهانی موجود برای نمونهگیری از سیالات ژئوترمالی در محل چشمههای داغ، چاه های آب داغ، چاه های بخار خشک و چاههای بخار تر بطور جداگانه تشریح گردیده است. در انتخاب چشمه مناسب برای نمونهگیری لازم است معیارهای دما، دبی، توزیع جغرافیایی، جنس سنگی - خاک یا سنگ لخت - که مظهر چشمه در آن قرار دارد، بصورت حرفهای مد نظر قرار بگیرد.
آمادهسازی نمونههای آب و بخار برای آنالیز و نیز روشهای حفظ آنها بسته به عنصر مورد آنالیز و روش آنالیز بسیار متفاوت میباشد. برای پارامترهای pH، کربنات، H2S، EC، منیزیم و سیلیس باید نمونه آب یا گاز بکر خروجی از چشمه برداشت شود، اما برای بقیه پارامترها و عناصر همانند ایزوتوپهای پایدار، کاتیونها، سولفیدها و غیره هر کدام باید عملیاتهای خاصی را جهت نگهداری نمونه تا موقع آزمایش، انجام داد.
-1 مقدمه
چشمههای ژئوترمال به فراوانی در مناطق فعال یا نیمه فعال آتشفشانی در سرتاسر دنیا، نظیر ترکیه، ایتالیا، ایسلند، نیوزیلند، پرتقال، ایران و غیره یافت میشوند .[1] آب گرم این مناطق بخاطر داشتن انواع مختلف املاح و گازهای مختلف برای اهداف درمانی و نیز تفریحی به وفور مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در برخی از مناطق دنیا همانند نیوزیلند آب گرم ژئوترمال به عنوان منبع گرمایی اماکن مسکونی و اداری کار میرود. املاح ژئوشیمیایی موجود در سیالات ژئوترمال معمولا می توانند نشانگرهای خوبی از منشا گرمایی هر منطقه و نیز شرایط زمینشناسی، هیدروترمال و هیدروژئولوژی به حساب بیایند. با این وجود بخاطر دمای زیاد و نیز املاح مختلف و فلزات سنگین معمولا سبب آلودگیهای زیست محیطی میشوند.
[2-9] سیالات ژئوترمال معمولا حاوی مقادیر قابل توجهی از برخی از عناصر سمی می باشند. آرسنیک یک عنصر مقاوم است که در گازها و مواد نشتی موجود در مناطق ژئوترمال یافت می شود .[10] بر اساس - 1989 - Nriagu سالانه حدود 1.9 Gg آرسنیک بوسیله آتشفشان ها به اتمسفر نشت میکند .[ 11 ] آرسنیک مهمترین آلاینده خطرناک است که به فراوانی در منابع آب زیرزمینی و شرب در سرتاسر دنیا یافت میشود .
[1 ] مهمترین آلایندههای سمی در آبهای ژئوترمال عبارتند از آرسنیک، بور، جیوه، سرب، روی، منگنز، لیتیم، نیکل، کروم، مس، آهن، بریلیم، سلنیم، تنگستن، اورانیوم، مولیبدن و وانادیم .[ 11-13 ] در ایران چشمههای هیدروترمال فراوانی در مناطق اطراف آتشفشانهای فعال و نیمه فعالی همچون سبلان، دماوند، تفتان و سهند وجود دارد که معمولا برای آب درمانی و نیز اهداف تفریحی کاربرد فراوانی دارند.
شناسایی شرایط زمینشناسی، مخزن، ژئوشیمی و هیدروژئولوژیکی و همچنین تاثیر مخرب آنها بر محیطزیست منطقه اطراف خود، نیازمند نمونهگیریهای منظم و دقیق به منظور تعیین میزان دقیق املاح ژئوشیمیایی موجود در آنهاست. اما نمونهگیری از سیالات گازی و مایع این مناطق - چشمه یا چاههای موجود - نیازمند دانش، آگاهی ویژه و همچنین تجهیزات خاص خود می باشند. در واقع نمونهگیری از سیالات ژئوترمالی اولین قدم در شناسایی سیستم ژئوترمال هر منطقه می باشد و صحت و دقت مدلها و تفسیرهای بعدی تابع این مرحله میباشد.
ترکیب شیمیایی و ایزوتوپی سیالات ژئوترمال اطلاعات مفیدی از شرایط زمینشناسی، ژئوشیمی و هیدروژئولوژیکی سیستمهای ژئوترمال فراهم میآورد. شناسایی این خصوصیات برای اکتشاف و توسعه منابع ژئوترمالی و نیز مسائل زیست محیطی بسیار ضروری است.[14-21] هنگام نمونه گیری از سیالات ژئوترمال، یک سری مسائل و مشکلات خاص وجود دارد که در هنگام نمونه گیری از آبهای سطحی و غیر ژئوترمال وجود ندارد.
بخاطر دمای بالای این سیلات باید دقت شود که طوری نمونه گرفته شود که تبخیر تصورت نگیرد. این امر بویژه برای تعیین ایزوتوپهای پایدار آب، pH و دی اکسید کربن هائز اهمیت می باشد. بخاطر سرد شدن همرفتی سیالات در حین بالا آمدن و جوشش ناشی از کاهش شدید فشار محیط، واکنش های شیمیایی رخ میدهد که سبب تغییر ترکیب شیمیایی سیالات میشوند. جوشش ناشی از کاهش شدید فشار در چاههای دارای بخار داغ و آبخوانهای مرتبط ممکن است سبب رسوبگذاری شدید انواع مختلف املاح شود که این به نوبه خود سبب تغییر ترکیب آب منشا میشود.
برای برداشت یک نمونه مناسب که نمایانگر خوبی از سیستم باشد، تکنیکهای خاصی وجود دارد که به دمای بالا، جوشش، قرار گرفتن در معرض اتمسفر، و سرد شدن نمونهها مربوط میشود .[22] اگرچه برخی از املاح در طول نمونه گیری ثابت میمانند اما اکثر آن ها بخاط تغییرات دما و فشار، با هم واکنش داده و دچار تغییر میشوند. نحوه نمونهگیری، حفظ و آماده سازی نمونه تابع روشی است که قرار است برای آنالیز نمونه بکار برده شود. بنابراین قبل از نمونه گیری املاحی که قرار است مورد انالیز قرار گیرند و نیز روش آنالیز آنها باید مشخص باشد.
در سیستم ژئوترمال جریان همرفتی آب سبب انتقال گرما از اعماق به نزدیک سطح زمین میشود . منشا این گرما یا نفوذ ماگما - در مناطق آتشفشانی - و یا وجود گرادیان بالای گرمایی - در مناطق غیر آتشفشانی - میباشد. سیالات بالا آمده در مناطق ژئوترمال شامل هردوی آب و بخار حاوی مواد و گازهای محلول میباشد [22]، که ممکن است از چشمهها، دودکش های آتشفشانی - fumaroles - ، چاههای آب داغ یا چاههای بخار داغ تخلیه شوند. در این مقاله روشهای موجود برای نمونهگیری درست از سیالات ژئوترمالی در محل چشمههای داغ، چاههای آب داغ، چاههای بخار خشک و چاههای بخار تر ارائه میگردد.
-2 ظروف نمونه
ظروف پلاستیکی از نظر سبکی، استحکام در برابر ضربه بهترین ظروف برای نمونهگیر هستند. اما بسیاری از ظروف پلاستیکی نسبتا نفوذپذیرند و اجازه می دهند تا هوای تمفسر به آنها نفوذ کند و مایعات موجود در آنها ممکن است به آسانی تبخیر شوند و سبب شود تا غلظت برخی از املاح تغییر کند. ظروف شیشهای شکننده و نسبتا سنگین هستند اما امکان نفوذ هوا یا تبخیر نمونه از آنها کمتر است. ظروف شیشهای بیشتر برای حفظ عناصری که ممکن است تحت تاثیر اتمسفر قرار بگیرند مناسب می باشند. عناصری که به نور حساسند نیز معمولا در ظروف شیشهای تیره نگهداری می شوند.
-3 نحوه نگهداری نمونه
برخی از عناصر یا پارامترهای ژئوشیمیایی پایدار نیستند و ممکن است از زمان نمونه برداری تا هنگام آنالیز نمونه تغییر کنند. مهمترین عامل تغییر غلظت، تعامل با مواد معلق، واکنش با دیواره ظروف، فعالیتهای زیستی، واکنشهای کاهش، پلیمریزیشن و رسوبگذاری میباشند .[23] برای فرایندهای مختلف روش های مختلفی جهت حفظ پارامترهای ژئوشیمیایی مختلف لازم است، بنابراین نباید یک نمونه کلی برای همه عناصر برداشت شود.
نکته قابل توجه این است که نمونهها باید سرد شوند. سیالاتی که دارای دمای بیشتر از محیط هستند باید دمای آنها را با استفاده از یک وسیله خنک کننده - معمولا یک کویل - coil - خنک کننده - به دمای محیط رساند. روشهای حفظ نمونه ممکن است فیزیکی یا شیمیایی باشند که برای هر کدام از پارامترهای شیمیایی روش حفظ نمونه در - جدول - 1 ارائه شده است. نمونه های مربوط به ایزوتوپهای پایدار دوتریم، اکسیژن-ش8 و کربن 13- و کربن 14- باید ابتدا خنک و فیلتر شده سپس در بطریهای شیشهای دارای دربی که مانع تبخیر و تبادل اتمسفر شوند، ریخته شوند.
بطور ویژه، برای تعیین ایزوتوپ کربن، نمونه باید با چند قطره از محلول 1 درصد کلراید جیوه دوزبندی شود تا مانع از تغییرات محتوای ایزوتوپ کربن نمونه بوسیله فعالیتهای بیولوژیکی شود. همچنین تنها فیلتر کردن نمونهها در فیلد کافی است. برای پارامترهای pH، کربنات، H2S، EC، منیزیم و سیلیس باید نمونه آب بدون هیچگونه دستکاری یا فیلتر کردنی نباید برداشت شود. اگر انتظار میرود، غلظت سیلیس بیشتر از 100 ppm باشد نمونه را باید با آب مقطر به غلظتی بین 30 تا 100 رساند. اما برای آنیونها آب مورد نظر باید فیلتر و برای کاتیونها نیز باید اسیدی شود .
