بخشی از مقاله
خلاصه
در دهههاي اخیر با اهمیت یافتن بررسی کیفیت آب و کنترل آسیبهاي محیطزیستی ناشی از آن، مطالعه رفتار ترکیبات آلاینده در پیکرههاي آبی نیز اهمیت بسیاري یافته است. ترکیبات گوگرد یکی از عوامل آلاینده آب محسوب میشود که توجه به چرخه این عنصر در پیکرههاي آبی عمیق مانند دریاچهها و مخازن سدها ضروري است. مهمترین و معمولترین ترکیبات گوگردي حاضر در پیکرههاي آبی عمیق، سولفات - SO42- - و سولفیدهیدروژن - H2S - است.
درك و پیشبینی صحیح فعل و انفعالات بین این ترکیبات میتواند کمک موثري در طراحی سازه هاي آبی و مدیریت علمی و عملی کیفیت آب نماید. اغلب مدلهاي رایج شبیهسازي کیفیت آب در مخازن سدها تنها با تکیه بر مجموعهاي از فرضیات سادهکننده قادر به بررسی ترکیبات گوگرد هستند. از این رو تلاشهاي زیادي براي توسعه مدلهاي شبیهساز چرخه گوگرد در پیکرههاي آبی در جریان است. لازمه توسعه چنین مدلهایی، فهم دقیق چرخه گوگرد است که هدف اصلی موردنظر در این مطالعه میباشد.
1. مقدمه
نگرشی گذرا بر وضعیت محیطزیست جهان در دو دهه گذشته نشان میدهد که مشکلات محیطزیست در اکثر کشورهاي جهان رو به وخامت است. از این میان این آسیبهاي محیطزیستی، آلودگی آب یکی از مهمترین مواردي میباشد که جهان امروز با آن دست به گریبان میباشد. امروزه وسعت آلودگی آب به قدري زیاد شده که طبق برآورد انجمن حفاظت محیطزیست آمریکا، تقرًیبا بیش از 30 درصد از آبهاي جاري در سطح جهان به طور مشخص آلودهاند. ورود و وجود ترکیبات معدنی و شیمیایی به آب باعث به وجود آمدن آلودگی در پیکرههاي آبی می شود که تهدیدها و نگرانیهاي جدي را براي جامعه بشري فراهم نموده است.
از آلایندههاي آب میتوان به فلزات سنگین، برخی ایزوتوپهاي پرتوزاي معین، فسفر، گوگرد، نیتروژن، سدیم و برخی از باکتريها و ویروسهاي بیماریزا اشاره نمود. از طرفی منابع آبی سطحی مانند دریاچهها و مخازن که به عنوان یکی از اصلیترین منابع تأمین نیازهاي غالب جوامع بشري شناخته میشوند بیشتر از منابع آبی دیگر در معرض آلودگی قرار میگیرند و از این رو شناخت و بررسی آلایندههاي این منابع میتواند در کنترل کیفیت منابع آب حیاتی بوده و راهگشاي توسعه پایدار باشد
2. اهمیت دریاچهها و مخازن و عوامل موثر بر کیفیت آب آنها
دریاچهها و مخازن از جمله منابع مهم آبهاي سطحی محسوب میشوند. ویژگیهاي طبیعی حوضه آبریز، کمیت و کیفیت آبهاي ورودي به دریاچهها و مخازن سدها، ویژگیهاي اقلیمی منطقه - درجه حرارت، وزش باد، میزان نزولات جوي و مانند آن - و میزان فعالیتهاي مختلف انسان در حوضه آبریز از جمله عواملی هستند که کیفیت آب این پیکرههاي آبی را تحت تأثیر قرار میدهند.
از طرف دیگر، ذخیره کردن جریان سطحی، خود میتواند به سبب مجموعه عواملی مانند تبخیر، ساکن بودن آب، لایهبندي حرارتی در مخزن، رسوبگذاري، غنی شدن آب دریاچه از مواد مغذي سبب تغییر در ویژگیهاي فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پیکرههاي آبی شود. به دلیل کاهش اکسیژن محلول در آب و زیاد شدن سرعت تجزیه مواد تجمع یافته در رسوبات، شرایط در ترازهایی از مخزن آب میتواند کاملاً بیهوازي شده و منجر به تشکیل ترکیباتی مضر گردد.
در این فرآیند، وجود ترکیبات گوگردي در آب داراي رفتارهاي پیچیده و لازم به توجه در مباحث کیفیت آب است. از این رو پرداختن به گوگرد و ترکیبات معمول آن - سولفات و سولفیدهیدروژن - در مباحث محیطزیستی بخصوص در پیکرههاي آبی عمیق که غلظت بالاي این ترکیبات در آنها میتواند تبعات مختلفی چون ایجاد اثرات بیولوژیکی را در پی داشته باشد، بسیار پراهمیت است
باید توجه داشت یکی از عمدهترین دلایل وقوع واکنشهاي اکسایش و کاهش در چرخه گوگرد و تبدیل سولفات و سولفیدهیدروژن به یکدیگر، وجود لایهبندي حرارتی در پیکرههاي آب عمیق مانند دریاچهها و مخازن سدها است که سبب کاهش اکسیژن محلول در لایههاي زیرین آب میشود. توجه به این پدیده نیز در فرآیند بررسی چرخه گوگرد در مخازن بسیار حیاتی است و دانستن مبانی وقوع چنین پدیدهاي لازم است.
3. اهمیت لایهبندي آب در دریاچهها و مخازن سدها
با ورود رودخانهها به دریاچهها و مخازن سدها، جریان پویا و در حال حرکت رودخانه به آبی راکد تبدیل میگردد. این تغییر، اکوسیستم رودخانهاي را به اکوسیستم دریاچهاي تبدیل مینماید - شکل . - 1 مهمترین تفاوت این دو اکوسیستم را میتوان در زمان ماند و لایهبندي شدن آب دانست که باعث میشود کیفیت آب رودخانه قبل از ورود آب به دریاچه و مخزن سد و بعد از آن متفاوت باشد.
لایهبندي آب در این پیکرهها نقشی قابل توجه ایفا میکند. لایهبندي به معنی ایجاد لایههایی از جرمهاي سیال میباشد که در اثر اختلاف در چگالی ایجاد میگردد، لایهبندي حرارتی مرسومترین نوع لایهبندي است و مهمترین پدیدهاي که تغییرات فصلی کیفیت آب مخازن سدها را سبب میگردد .[2] در شکل 2 چرخه فصلی این رفتار نشان داده شده است که شرایط سکون در زمستان و بخصوص تابستان و شرایط اختلاط آب و گردش آن بهم خوردن لایهبندي در فصول بهار و پاییز مشهود است.
شکل -1 نمایش تغییرات اکوسیستم رودخانهاي به دریاچهاي در پیکرههاي آبی
4. معرفی چرخه گوگرد در پیکرههاي آبی - دریاچهها و مخازن سدها -
فرآیندهاي رخ داده چرخه گوگرد در محیطهاي آبی، اساساً پدیدههایی دشوار و چالشبرانگیز به شمار میروند. چرخه گوگرد مجموعهاي از فرآیندهایی است که از گوگرد حاصل از مواد معدنی - از جمله آبراههها - و موجودات زنده ناشی میشود. چرخه گوگرد به عنوان یک چرخه بیوشیمیایی، اولین بار توسط سرگئی وینوگرادسکی1 و مارتینوس بیجرنیک2 مطرح شد. گوگرد از جمله عناصري است که تقرًیبا در همه سیستمهاي طبیعی در حالتهاي متعدد اکسایش و کاهش داشته و در فرآیندهاي ژئوشیمیایی و زیستی شرکت میکند و نقش مهمی در چرخه زیستی در پیکرههاي آبی بازي میکند. جزئیاتی از این چرخه در شکل 3 آمده است
شکل - 2 پدیده لایهبندي حرارتی در دریاچهها و مخازن سدها
شکل - 3 چرخه گوگرد در پیکرههاي آبی
5. راههاي ورود گوگرد به پیکرههاي آبی - دریاچه ها و مخازن سدها -
به طور کلی، منشاء اصلی ترکیبات گوگردي در دریاچهها و مخازن سدها عبارتند از منابع طبیعی و منابع انسانی. از جمله فعالیتهاي انسانی که باعث آلودگی گوگردي پیکرههاي آبی میشود میتوان به تخلیه پسابهاي بهداشتی و صنعتی حاوي غلظتهاي بالاي گوگرد ناشی از زبالههاي صنایع تولیدي، سولفات و اسیدسولفوریک ناشی از معادن و عملیات ذوب، کارخانههاي نساجی، کارخانههاي کاغذسازي اشاره کرد که از طریق انواع پساب به پیکرههاي آبی تخلیه میشوند.
در این میان، تأثیر عوامل طبیعی در گوگردي کردن پیکرههاي آبی، بیشتر از عوامل انسانی است که در ادامه به دلیل اهمیت منابع طبیعی در گوگردي کردن پیکرههاي آبی پرداخته میشود. بر اثر فرسایش سنگ پیریت - FeS2 - بر طبق واکنشهاي زیر سولفات آهن تولید میشود که یکی از منابع طبیعی گوگرد در پیکرههاي آبی میباشد.
