بخشی از مقاله
چکیده
جهت تخمین وسعت آلودگیهای خاک و تعیین حدود نواحی که به علت فعالیتهای انسانی نیاز به بررسی دارند، ارزیابی زمینه خاک ضروری است. زمینه به مقدار عناصر کمیابی که بدون تاثیر فعالیتهای بشری در خاک وجود دارند گفته می شود و آنالیز های گوناگونی برای تعیین آلودگی زمینه وجود دارد که از آن جمله می توان به PCA، روش های زمین آماری چند متغیره، آنالیز خوشهای، آنالیز کریجینگ،GIS، ارتباط بین فلزات سنگین و فلزات نیمه حفاظتی و روش wet- chemical را نام برد.
در این راستا برای مطالعه آلودگی زمینه خاک شاخصها و فاکتورهایی وجود دارد که میتوان شاخص غنی شدن، شاخص انباشتگی در خاک های سطحی، فاکتور انباشتگی قشری و شاخص خاک انباشتگی اشاره کرد.میزان زمینه فلزات به ساختار معدنی سنگ مادر ، فرایندهای هوازدگی که منجر به تشکیل خاک می گردد و همچنین سایز دانه و میزان مواد آلی بستگی دارد. از این آنالیزها و شاخص ها به طور گسترده برای شناسایی منابع آلودگی استفاده میشود و همچنین برای این که سهم عوامل انسانی و طبیعی در تولید آلودگی و توزیع مکانی آلایندهها را بدانیم از این روش ها استفاده میشود.
-1 مقدمه
از دیدگاه جهانی پس از آب و هوا، خاک سومین جز عمده محیطزیست انسانی تلقی می شود. بنابراین آلودگی خاک می تواند یکی از موضوعات اساسی محیطزیست باشد. از میان آلایندههای خاک، فلزات سنگین به واسطه طبیعت غیرقابل تجزیه، سمیت زیاد، اثرات تجمعی و سرطانزایی مورد توجه میباشند. فلزات سنگین به فلزاتی گفته میشود که دارای چگالی نسبتا بالایی - عناصر فلزی با جرم اتمی بیشتر از آهن 55.8 یا جرم حجمی بیشتر از - g/cm35 بوده و در غلظت های کم سمی باشند.فلزات سنگین موجود در خاک یا به صورت طبیعی در خاک وجود دارد ویا توسط منابع آلوده کننده خارجی مثل کاربرد کودها، لجن فاضلاب ، سوختهای فسیلی و غیره به محیط خاک وارد می شوند.
به هر حال در برخی از مناطق ورودی عناصر سنگین به طور طبیعی به داخل خاک بسیار بیشتر از ورودی آن ها با دخالت انسان است . - Parsons and Herriman,1976, Bunzl and etal.,1976 - مواد مادری و فرایند خاکسازی یکی از منابع مهم ورود عناصر سنگین به داخل خاک به شمار می رود . - Parsons and Herriman,1976 - پوسته زمین از %95سنگهای آذرین و دگرگونی های حاصل از آن ها و %5 سنگهای رسوبی و سنگهای دگرگونی مشتق شده ازآن ها تشکیل شده که از این میان %80 شیل و %15 سنگ آهک است.
بعضی شیل های سیاه حاوی غلظتهای بالایی از چندین فلز و شبه فلز مثل نقره ،آرسنیک،کادمیوم،مس،سرب،مولیبدن و اورانیوم هستند.برخی از شیلها بیش از 200 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیوم دارند - . - Aubert,1997 غلظت عناصر کمیاب در سنگها، به نوع سنگ و در به نوع عنصر مورد نظر بستگی دارد - . - Sharmaand and etal., 2005 غلظت عناصر کمیاب در سنگ های رسوبی بستگی به نوع کانیها، خصوصیات جذبی رسوبات،و غلظت این عناصر در آبی که رسوبات در آن به جا گذاشته شدهاند دارد - . - Reimana and Caritat,2000
-1-1 آنالیزهای کاربردی برای تعیین آلودگی زمینه:
- 1 آنالیزPCA تکنیکی است که به وسیله آن دستهای از دادههای پیچیده با ایجاد یک یا چند متغیر جدید یا فاکتورها در هر دسته ازمتغیرهای موجود در مجموع دادهها ، ساده میشوند. PCA رایجترین روش آماری در مطالعات محیطزیستی میباشد
- 2 روشهای زمین آماری چند متغیره، همبستگیهای فضایی و نسبتهای چند متغیر را با تعیین نقشه تغییرات فضایی منابع مختلف ، به هم مرتبط می کند. در روشهای آماری چند متغیره کلاسیک روابط فضایی بین نقاط نمونه گیری را که شامل اطلاعات مهمی میباشد ، نادیده گرفته میشود. نقش مهم روشهای زمین آمار ارزیابی با عدم قطعیت در مورد مقادیر نمونه برداری نشده می باشد - . - Sharmaand and etal., 2005
- 3 روش دیگر آنالیز خوشهای است که اساس آن روی ضریب پیرسون و فاصله مربع اقلیدس به عنوان یک اندازه گیری تقریبی بین نمونهها میباشد. - - Reimann and de Caritat,2000، از این روش برای تعیین منشا انسانی و طبیعی فلزات در منطقه مورد مطالعه سیبری پرداختند. آنالیز PCA و دیگر آنالیزهای خوشهای برای نشان دادن ارتباط بین گروههایی از نمونهها و در نهایت تفاوت بین آلودگی طبیعی از آلودگی انسانی را نشان میدهند .
آنالیز خوشهای وجود وابستگیهای مهم بین متغیرهای اندازهگیری شده که می تواند به شناخت کاملتری از فرایندهای فیزیکی،زیست شناختی و زمینشناختی فعال در تعیین شیمی یک مجموعه نمونه منجر شود،را نشان میدهد. این آنالیز به گونهای طراحی شده است که مشاهدات را به گروههایی کم و بیش همگن - اشتراک - استفاده میشود،به گونهای که ارتباط بین گروه ها آشکار میگردد.به همین ترتیب نمونهها را میتوان با استفاده از ویژگیهای مشترک،گروهبندی کرد.خوشهبندی سلسله مراتبی، مشاهدات دارای بیشترین شباهت را به یکدیگر وصل می کند،پس از آن شبیهترین دادههای بعدی به ترتیب به این مشاهدات اولیه اضافه میشود - . - Sterchkemane and etal.,2004
- 4 آنالیزکریجینگ یک تکنیک درونیابی خطی که بهترین برآورد خطی نااریب را برای متغیرهای فضایی فراهم می کند. برآوردهای کریجینگ مقادیر وزنی غلظت نمونههای مجاور را اندازه گیری میکند. این، در صورتیکه داده ها در فضا بسیار پیوسته به نظر برسند نمونه هایی با وزن بیشتر مقادیر نزدیکتر به برآورد را نسبت به نمونههای دورتر دریافت میکند - .Sterchkemane و همکاران, - 2004، از این شاخص به عنوان بازگوکننده تغییرات فضایی در مقیاس منطقه ای استفاده کردند.مقدار این نسبت بیان کننده این است که کدام یک از فاکتورهای طبیعی و فاکتورهای انسانی در آلودگی غالب میشود. اگر مقدار این نسبت کمتر از ./5 باشد،نشاندهنده این است که فلزات سنگین یک خود همبستگی فضایی قوی دارند. بنابر نتایج این آنالیز، بنابراین میزان As، Cr،Cu ،Ni در خاکهای اطراف ذخائر Guanting تحت تاثیر فاکتورهای طبیعی میباشد در حالی که Cd،Pb ، Zn تحت تاثیر فعالیتهای انسانی میباشد.
- 5 توسط GIS نیز میتوان تصویر فضایی از غلظت فلزات سنگین را بدست آورد. Muller و همکاران - - 1979، از این روش بهره بردند. به این منظور نقشههایی از غلظت فلزات سنگین در3 نوع از نمونهها گرفته شد - ریشه،لایه شخم،سنگ بستر - که الگوهای فضایی برای 5 فلز سنگین - Co،Cr ،Cu ،Ni ، - V در بین این نمونهها مشابه بود. پس از بررسی به این نتیجه رسیدند که از بین فلزات سنگین، غلظت روی و سرب در نمونههای ریشه در اطراف منطقه مورد مطالعه بیشترین مقدار و مس و وانادیوم کمترین مقدار بوده است. دیگر فلزات سنگین غلظت کمی در منطقه مورد مطالعه داشته اند. نتایج نمونههای مربوط به شخم هم مشابه نتایج قبل بوده است.
از طریق تصویر فضایی GIS دریافتند که غلظت بالای سرب در ریشه ها ناشی از منابع طبیعی بوده و از فعالیت های انسانی نمیباشد - . - Sterchkemane and etal.,2004 ژانگ و همکاران - 1999 - ، مزایا و محدودیتهای کاربرد آمار و GIS در پژوهشهای زمین شیمی زیست محیطی را از نظر مشکلات و راهحل ها مرور چنین اظهار کردند که بکارگیری روشهای آماری - رگرسیون بخشی کمترین مربعات، مولفه های اصلی، آنالیز خوشه ای - و تحلیل مکانی - - GIS در مدلسازی محیطزیستی، می تواند در جداسازی آلودگی انسان زاد از زمینه طبیعی نقش موثری داشته باشد.
- 6 یکی از رویکردها برای تعیین غلظت زمینه، استفاده از ارتباط بین فلزات سنگین و فلزات نیمهحفاظتی مثل Fe،Al،و Mn میباشد که مقادیر قابل انتظار از فلزات سنگین در خاکهای سطحی را پیشبینی میکند. هامون و همکاران - - 2004،از داده های ژئوشیمی خاکهای آنالیز شده در استرالیا و آسیا و از ارتباط بین Fe یا Mn برای تخمین غلظتهای زمینه As،Co،Cu،Ni ، Pb،Zn، استفاده کردند. این مطالعه نشان داد که به طورقابل ملاحظهای ارتباطها مستقل از نوع خاک و شرایط آب وهوایی است.
