بخشی از مقاله
بررسی ژئو شیمی و اثرات زیست محیطی کروم در خاك هاي مناطق افیولیتی
چکیده
امروزه خاك یکی از مهمترین منابعی است که میتواند بسیاري از نیازهاي جوامع امروز جهان را برآورده سـازد. بنـابراین عـدم آلودگی خاك به عناصر سمی و بررسی تأثیر این آلودگی در سلامت زنجیره غذایی، از جمله مسائلی است که نیازمند مطالعـه و پژوهش بیشتر میباشد. مناطق افیولیتی از جمله مناطقی می باشند که در آلودگی به فلزات سنگین از پتانسیل بالایی برخـوردار هستند. هوازدگی سنگهاي افیولیتی به ویژه آنهایی که غنی از سرپانتین هستند، خاکها و رسوباتی با غلظتهاي بـالاي کـروم و دیگر فلزات سنگین تولید می کند. کروم در فرم شش ظرفیتی، یک سرطان زاي قوي بوده و براي جانوران و انسانها فوقالعـاده سمی است. نشانههاي سمیت Cr در گیاه به صورتهاي متوقف شدن رشد گیاه، آسـیب دیـدن ریشـه و کلروسـیز در برگهـاي جوان، باند کلروتیک بر روي حبوبات و وجود برگهاي قرمز مایل به قهـوهاي در برخـی از گیاهـان ظـاهر مـیشـود. میـانگین متداول غلظت Cr در خاكهاي سطحی سرتاسر جهان، 54mg kg-1 برآورد شده است. غلظت Cr خاكها که در بـازه وسـیع 1 تا 1500mg kg-1 تغییر میکند، در برخی خاكهاي مشتق شده از سرپانتین، تا 125000 mg kg-1 نیز میرسد. با توجـه بـه پتانسیل بالقوه خاکهاي مناطق افیولیتی از نظر آلودگی به فلزات سنگین، مطالعه حاضـر بـه بررسـی ژئوشـیمی و آثـار زیسـت محیطی کروم در این خاکها می پردازد. نتایج نشان میدهد که مقـادیر pH و Eh خـاك مهـمتـرین فاکتورهـایی هسـتند کـه گونهزایی، تحرك، واکنش و دسترسی زیستی Cr را در خاكها کنترل میکنند. همچنین Cr(VI) در خـاكهـایی وجـود دارد که در آنها، pH بالاتر، شرایط هوازي و مواد آلی کم باشد و اکسیدهاي Fe و Mn حضور داشته باشند.
کلمات کلیدي: کروم، مناطق افیولیتی، اثرات زیست محیطی، ژئوشیمی، آلودگی فلزات سنگین.
.1 مقدمه
در سالهاي اخیر پیوستگی بین سلامت جانداران (انسان و گیاهان) و محیط زیست طبیعی، اهمیت زیادي پیدا کرده است عناصر سمی موجود درخاکهاي کشاورزي از جمله عناصري هستند که بر سلامت زنجیره غذایی و در نهایت سلامت انسان تاثیر بسزایی دارند از این رو مطالعه و بررسی آنها اهمیت ویژهاي دارد. مناطق افیولیتی از جمله مناطقی میباشند که در آلودگی به فلزات سنگین از پتانسیل بالایی برخوردار هستند. مطالعات نشان میدهد که برخی عناصر موجود درخاك به ویژه فلزات سنگین میتوانند اثرات سمی را در محیط باعث شوند 10]، 9، .[13 هوازدگی سنگهاي افیولیتی به ویژه آنهایی که غنی
از سرپانتین هستند، خاکها و رسوباتی با غلظتهاي بالاي کروم و دیگر فلزات سنگین تولید میکند. کروم که به دو فرم سه و شش ظرفیتی وجود دارد در فرم شش ظرفیتی، یک سرطانزاي قوي بوده و براي جانوران و انسانها فوق العاده سمی است .[13] رشد و تکامل گیاه، از آثار سمی کروم بر فرآیندهاي فیزیولوژیکی مثل فتوسنتز، حرکت آب و تعرق و تغذیه معدنی و همچنین بر آنزیمها و متابولیتهاي دیگر، متأثر میشود .[11] علاوه بر ورود Cr به زنجیره غذایی از طریق گیاهان، Crزیاد خاکها میتواند به واسطه بلع یا استنشاق خاك، یک خطر بهداشتی مستقیم نیز باشد. نشانههاي سمیت Cr در گیاه به صورتهاي متوقفشدن رشد گیاه، آسیب دیدن ریشه و کلروسیز در برگهاي جوان، نوارهاي رنگی بر روي حبوبات و وجود برگهاي قرمز مایل به قهوهاي در بعضی از گیاهان [13] ظاهر میشود. با توجه به اینکه مناطق افیولیتی نقش مهمی در توزیع ژئوشیمیایی فلزات سنگین، داشته و باعث ورود مقادیر بیش از حد مجاز این عناصر، به خاك و در نتیجه انتقال به چرخه غذایی میگردند لذا مطالعه ژئوشیمی این عناصر در این خاکها از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد. در این بررسی ژئوشیمی و آثار زیانبار زیست محیطی کروم در خاکهاي مناطق افیولیتی مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
.2 زمینشناسی مناطق افیولیتی
در بیشتر نواحی ایران، به ویژه در ایران مرکزي، مجموعههاي افیولیتی در اثر عوامل گوناگون زمینساختی، به نسبتهاي متفاوت، با یکدیگر مخلوط شدهاند و توالی نامنظمی را تشکیل دادهاند (شکل .(1 ولی در نواحی که تاثیر تنشهاي زمینساختی کمتر میباشد، میتوان یک روند کلی و کلاسیک از سنگهاي تشکیل دهنده زیر را مشاهده کرد:
اولترامافیکها: عمدهترین سنگهاي مجموعههاي افیولیتی ایران هستند که در میان آنها هارزبورژیت با ترکیب کانیشناسی الیوین و ارتوپیروکسن درصد بالاتري دارند. لرزولیت، ورلیت و برخی انواع پیروکسنیتها به ویژه برونزیت، در مجموعههاي افیولیتی وجود دارند. در بیشتر برونزدهاي افیولیتی، سنگهاي اولترامافیک یاد شده به نسبتهاي متفاوت دگرسان شده که ممکن است تا مرحله تشکیل سرپانتینیت پیش رفته باشد.
گابروها: پس از اولترامافیکها، فراوانترین سنگهاي بازیک درشت دانه مجموعههاي افیولیتی هستند که از نظر سیما و ساخت در بیشتر جاها به صورت تودهاي هستند ولی گاهی ساخت لایهاي دارند. اگرچه مرز بین گابروها و پریدوتیتها دربسیاري از حالات ناگهانی است، ولی گاهی میتوان شاهد یک گذر تدریجی بین اولترامافیکها و گابروها بود .در پارهاي از نواحی افیولیتی ایران، سنگهاي گابرویی در اثر دگرسانی استاتیک به مجموعهاي از گارنت گروسولاریت، کلریت و وزوویانیت تبدیل شدهاند. میکرو گابروها از سنگهاي رگهاي مجموعههاي افیولیتی ایران هستند که سختی زیاد و رنگی بسیار تیره دارند و به صورت دایکهاي نه چندان ممتد و یا به شکل عدسی برونزد دارند .
گدازههاي آتش فشانی: گدازهها و گاهی خاکسترهاي آتشفشانی، از جمله عناصر مهم تشکیل دهنده مجموعههاي افیولیتی هستند که ترکیب کانیشناسی گوناگون و ساختار بالشی دارند .
سنگهاي نفوذي اسیدي: دیوریتهاي کوارتزدار، پلاژیو گرانیتها از دیگر سنگهاي مجموعه افیولیتی ایران است که به صورت تودههاي بسیار کوچک و گاه به صورت دایک و یا رگههاي نازك دیده میشوند. نتایج ژئوشیمیایی این سنگها نشانگر آن است که در آخرین مراحل تفریق ماگماي اولترامافیکی به وجود آمدهاند.
سنگهاي دگرگونی: در مجموعههاي افیولیتی ایران دو نوع سنگ دگرگونی وجوددارد. گروه اول میکاشیست، گنیس و مرمر با خاستگاه قارهاي که ارتباطی به مجموعههاي افیولیتی ندارند و گروه دوم که در حقیقت افیولیتهاي دگرگون شدهاند . قطعات بیگانه: در بسیاري از مجموعههاي افیولیتی ایران، قطعاتی از سنگهاي گوناگون با خاستگاه متفاوت وجود دارد. ابعاد این سنگها از کوچک تا خیلی بزرگ و عظیم، متغیر است .[1]
شکل (1) نقشه پراکندگی افیولیتهاي عمده ایران [8]
.3 بحث
رایجترین حالات اکسایش Cr در خاكها، Cr(III) و Cr(VI) هستند. از نظر سرنوشت و رفتار شیمیایی Cr در خاكها، بین Cr(III) و Cr(VI) تضاد زیادي وجود دارد .[2] در سیستمهاي رقیق آبی، در 4 < pH < 8 و 0/3 < E h <0/7 V، Cr(VI) در pH<6/5عمدتاً به صورت HCrO4- و در pH>6/5 به صورت CrO42- وجود دارد. اما در Eh<0/4V (مثل خاك مزرعه شالیکاري) و 4<pH<8، Cr(III) پایدارترین فرم است و به صورت یک گونه کاتیونی با فرآوردههاي اول و دوم هیدرولیز وجود دارد .[5] در pH>5 ، رسوب شدن Cr، غلظت Cr(III) آبی و غیر معدنی را محدود میکند. انحلال کم هیدروکسیدهاي Cr(III) و نگهداشتهشدن قوي آنها بر روي سطوح ذرات خاك، تحرك و دسترسی زیستی آن را در خاكهایی که pH>5 دارند، محدود میکند. از طرف دیگر، کروم (VI) به صورت کرومات، بسیار محلول در آب بوده و یک عامل قوي اکسیدکننده میباشد. به همین دلیل Cr(VI) یک فرم بسیار متحرك و سمی Cr است .[4] در شرایط اکسید شده، Cr(VI)معمولاً از نظر ترمودینامیکی پایدارترین گونه است اما در حضور عوامل احیاءکننده، به راحتی به Cr(III) احیاء میشود و سپس Cr(III) در شرایط اسیدي میتواند کمپلکسهاي آلی و بسیار محلولی را بسازد. در خاكهاي اولترامافیکی که محتواي Cr فوقالعاده بالایی دارند (>5000 mg Cr kg-1) ، بیشتر Cr با اکسیدهاي آهن همراه است .[6]
جذب و رسوب Cr(III) و اکسایش Cr(III) به Cr(VI) در خاكها، فرآیندهاي مهمی هستند. جذب Cr(III) در خاكها قوي است و باعث کاهش حضور کاتیونهاي غیرآلی دیگر یا لیگاندهاي آلی حل شده در محلول خاك میشود .[2] به دلیل
