معدن ایرانکوه در رشته کوه ایرانکوه در 20 کیلومتری جنوب غربی شهر اصفهان و در طول جغرافیایی ´32 ˚51 تا ´45 ˚51 و عرض جغرافیایی  ´28 ˚ 32 تا ´37 ˚32 قرار دارد. رخنمون سنگی غالب منطقه سنگ‌های کربناته به سن کرتاسه است که دربردارنده ماده معدنی نیز می‌باشد. در مجاورت این معدن دشت لنجان واقع است که از نظر کشاورزی حائز اهمیت بوده و بخش مهمی از محصولات کشاورزی مصرفی منطقه و گاهأ شهر اصفهان از آن تأمین می‌شود. بررسی‌های خاک‌های داخل معدن و سد باطله‌ی قدیم و جدید آلودگی بیش از حد این خاک‌ها به فلزات سنگین را نشان می‌داد. در آزمایشات خاک دشت لنجان مشاهده گردید که با افزایش فاصله از معدن از میزان آلودگی خاک به مقدار بسیار زیادی کاسته شده است که علت آن نیز عدم تحرک فلزات سنگین در خاک‌های منطقه می‌باشد. از جمله علل عدم تحرک این فلزات در خاک‌ها می‌توان به pH خنثی منطقه، بافت ریزدانه خاک‌ها و به دام افتادن فلزات سنگین در فازهای اکسیدی، آلی و رسی اشاره کرد. در بررسی‌های آب منطقه با اندازه گیری آنیون‌ها و کاتیون‌ها و نیز اسیدیته و هدایت الکتریکی، ارزیابی‌های کیفیت آب جهت مصارف آبیاری و شرب انجام شد که در این بررسی‌ها مشخص گردید آب‌های دشت از نوع سدیم کلره بوده و از این نظر برای آبیاری چندان مناسب نمی‌باشند. در اندازه گیری فلزات سنگین آب‌ها مشخص شد که میزان آن در نمونه‌های آب بسیار پایین و زیر حد استاندارد می‌باشد که علت عمده‌ی آن را می‌توان pH خنثی تا قلیایی منطقه ذکر کرد که سبب عدم تحرک فلزات سنگین می‌شود. همچنین با توجه به گستردگی دشت می‌توان اظهار داشت امکان این که منشأ آب‌های منطقه از جایی غیر از نواحی معدنی باشد وجود دارد و بدین صورت امکان آلودگی آب‌ها و اختلاط آن‌ها با آب‌های معدنی بسیار کم می‌باشد.

کلیدواژه‌ها: ایرانکوه، آلودگی فلزات سنگین، دشت لنجان، سرب، روی

فهرست مطالب

عنوان مطالب                                                                                                           صفحه
فصل اول: کلیات پژوهش…. 1

1- 1 مقدمه. 2

1 – 1 – 1  فلزات سنگین.. 3

1 – 1 – 2 فلزات واسطه‌ی سرب، روی و کادمیوم: 3

1 – 1 – 3 توزیع فلزات سنگین در محیط… 4

1 – 1 – 4 چرخه‌ی طبیعی عناصر. 4

1 – 1 – 5 چرخه‌های انسانزاد. 5

1 – 1 – 6 سرب… 5

1 – 1 – 6 – 1 سرب در خاک… 7

1 – 1 – 6 – 2 سرب در آب… 9

1 – 1 – 7 روی.. 10

1 – 1 – 7 – 1 روی در خاک… 12

1 – 1 – 7 – 2 روی در آب… 13

1 – 2 بیان مسئله و اهداف تحقیق… 14

1 – 3 تاریخچه‌ی مطالعات پیشین… 15

1 – 3 – 1 مطالعات پیشین منطقه مورد مطالعه. 15

1 – 3 – 2 مطالعات مشابه در سایر نقاط ایران.. 16

1 – 3 – 3 مطالعات مشابه در سایر کشورها 17

فصل دوم: زمین شناسی منطقه. 20

2 – 1 موقعیت جغرافیایی منطقه. 21

2 – 2 کلیات زمین شناسی… 22

2 – 2 – 1 ماگماتیسم.. 24

2 – 2 – 2 تکتونیک…. 25

2 – 2 – 2 – 1 گسل‌های مهم منطقه. 26

2 – 2– 3 چینه شناسی منطقه. 27

2 – 2 –  3 – 1 واحدهای تریاس بالایی – ژوراسیک…. 27

2 –  2 – 3 – 2 واحدهای کرتاسه‌ی زیرین.. 27

2 –  3 کانه زایی در منطقه. 30

فصل سوم: مواد و روش ها 33

3 – 1 مقدمه. 34

3 – 2 مطالعات تکمیلی… 34

3 – 2- 1 نمونه برداری.. 34

3 – 2- 1 – 1 نمونه برداری خاک… 34

3 – 2- 1 – 2 نمونه برداری آب… 37

3 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی.. 38

3 – 2 – 2 – 1 مطالعات آزمایشگاهی نمونه‌های خاک… 38

3 – 2 – 2 – 1 – 1 تعیین بافت خاک… 38

3 – 2 – 2 – 1 – 2 تعیین pH خاک… 39

3 – 2 – 2 – 1 – 3 تعیین EC خاک… 39

3 – 2 – 2 – 1 – 4 تعیین مواد آلی خاک… 39

3 – 2 – 2 – 1 – 5 تعیین کربنات کلسیم معادل.. 40

3 – 2 – 2 – 1 – 6 تعیین اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 41

3 – 2 – 2 – 1 – 7 استخراج ترتیبی.. 42

3 – 2 – 2 – 1 – 8 هضم خاک و تعیین فلزات سنگین.. 44

3 – 2 – 2 – 2 مطالعات آزمایشگاهی آب… 44

3 – 3 – 3 آنالیز نتایج و پردازش داده ها 45

فصل چهارم: نتایج و بحث خاک… 46

4 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه‌های خاک…. 47

4 – 1 – 1 مقدمه. 47

4 – 1 – 2 نتایج آنالیز عنصری (AAS) نمونه‌های خاک… 47

4 – 1 –  2 – 1 نسبت تمرکز عناصر در خاک… 49

4 – 1 – 3 نتایج آنالیز استخراج ترتیبی.. 51

4 – 1 – 4 تعیین خصوصیات خاک ها 54

4 – 1 – 4 – 1 تعیین بافت… 54

4 – 1 – 4 – 2 EC و   pHخاک… 57

4 – 1 – 4 – 3 کربنات معادل و ماده آلی.. 57

4 – 1 – 4 – 4 اکسیدهای آزاد آهن، آلومینیوم و منگنز. 59

4 – 2 بررسی آلودگی خاک منطقه. 61

4 – 2 – 1 مقدمه. 61

4 – 2 – 2 بررسی مقادیر عناصر سرب، روی و کادمیوم در نمونه ها 62

4 – 2 – 2 – 1 عنصر سرب (Pb) 62

4 – 2 – 2 – 2 عنصر روی (Zn) 62

4 – 2 – 2 – 3 عنصر کادمیوم. 63

4 – 2 – 3 محاسبه‌ی شاخص‌ها 63

4 – 2 – 3– 1  شاخص زمین انباشت (Igeo) 63

4 – 2 – 3– 2  فاکتور غنی شدگی (EF) 66

4 – 2 – 3– 2- 1 غنی شدگی سرب… 68

4 – 2 – 3– 2- 2 غنی شدگی روی.. 68

4 – 2 – 3 – 3 شاخص آلودگی مجموع فلزات (MCI) 69

4 – 2 –  3– 4  فاکتور آلودگی.. 71

4 – 2 – 3 – 5 شاخص تجمعی آلودگی (MCd): 74

4 – 2 – 3 – 6  تعیین گونه‌ی عناصر بر اساس استخراج ترتیبی انتخابی.. 74

4 – 2 – 3 – 6 – 1 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی سرب… 75

4 – 2 – 3 – 6 – 2 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی روی: 77

4 – 2 – 3 – 6 – 3 نتایج حاصل از استخراج ترتیبی کادمیوم. 78

4 – 2 – 1 – 6 – 4 تحرک کادمیوم، سرب و روی در خاک‌های منطقه. 79

4- 2 –  3 – 7 ماتریس همبستگی پارامترهای خاک… 80

فصل پنجم: نتایج و بحث آب… 81

5 – 1 بررسی نتایج حاصل از تجزیه و اندازه گیری نمونه‌های آب… 82

5 – 1 – 1 مقدمه. 82

5 – 1 – 2 بررسی پارامترهای صحرایی pH، EC، TDS و دما در منابع آب منطقه. 82

5 – 1 – 2 – 1 هدایت الکتریکی (EC) 83

5 – 1 – 2 – 2  اسیدیته (pH) 84

5 – 1 – 2 – 3  دما 84

5 – 1 – 2 – 4 مجموع مواد محلول1 (TDSC) 84

5 – 1 – 3 اندازه گیری آنیون‌ها و کاتیون‌های اصلی آب… 85

5 – 1 – 3 – 1 درصد خطا یا درصد واکنش…. 85

5 – 1 – 3 – 2 آنیون‌های اصلی منطقه. 86

5 – 1 – 3 – 3 کاتیون‌های اصلی منطقه. 88

5 – 1 – 4 اندازه گیری فلزات سنگین در منابع آب منطقه. 89

5 – 2  تعیین کیفیت آب‌های منطقه. 91

5 – 2 – 1 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف آشامیدنی و تیپ آب‌های منطقه. 91

5 – 2 – 1 – 1 نمودار شولر و کیفیت آب آشامیدنی.. 91

5 – 2 – 1 – 2 نمودار پایپر و تعیین تیپ آب‌های منطقه. 92

5  – 2 – 2 تعیین کیفیت آب از نظر مصارف کشاورزی.. 93

5 – 2 – 2 – 1 نسبت جذب سدیم (SAR): 93

5 – 2 – 2 – 2 درصد سدیم ((Na%… 95

5 – 2 –  2 – 3 سدیم کربنات باقی مانده (RSC) 97

5 – 2 – 2 – 4 درصد سدیم محلول (SSP) 97

5 – 2 – 2 – 5 نسبت منیزیم (MR) 98

5 – 2 – 2 – 6 بی‌کربنات سدیم باقی مانده (RSBC) 99

5 – 2 – 2 – 7 سختی کل (TH) 100

5 – 2 – 2 – 8 شاخص نفوذ پذیری (PI): 101

5 – 2 – 2 – 9 شاخص کلروآلکالین (CAI) 102

5 – 2 – 2 – 10 شاخص Kelley. 103

5 – 2 – 3 آلودگی فلزی در آب‌های منطقه. 103

5 – 2 – 3 – 1 شاخص فلزی (MI) 104

5 – 2 – 3 – 2 شاخص آلودگی فلزات سنگین (HPI) 105

5 – 2 – 4 ماتریس همبستگی پارامترهای اندازه گیری شده 106

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 108

آلودگی خاک منطقه. 109

آلودگی آب منطقه. 111

پیشنهادات… 112

منابع و مآخذ.. 113

1 مقدمه

یکی از نتایج توسعه شهرنشینی و صنعتی شدن، پیامدهای منفی آن بر منابع طبیعی است (Dimitrovska et al., 2012). امروزه فلزات سنگین از نگرانی‌های عمده‌ی تمامی جوامع می‌باشند  (Kalhori et al., 2012). آلودگی محیط زیست بوسیله‌ی فلزات سنگین بطور عمده به فعالیت‌های انسانی، تولیدات صنعتی، فعالیت‌های کشاورزی، سوزاندن سوخت‌های فسیلی، معدن کاری و فرآوری فلزات بستگی دارد (Pagananelli et al., 2004). نواحی اطراف معادن با غلظت‌های بالایی از فلزات سنگین غنی شده است، و می‌تواند اثرات سمی بر روی گیاهان، حیوانات و انسان‌ها بگذارد (Shikazono et al., 2008). فلزات سنگین بدلیل غیرقابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی مخرب بر روی موجودات و اکوسیستم‌ها حتی در غلظت‌های کم به عنوان عوامل خطرناک و مخرب برای محیط زیست به شمار آمده و اثرات کوتاه مدت و بلند مدتی را بر آن خواهند داشت. در این میان، کادمیوم و جیوه در رده‌ی اول و مس، کروم، نیکل، سرب و روی در رده‌ی دوم خطرزایی برای اکوسیستم می‌باشند (چراغی و بلمکی، 1386). خاک‌های کشاورزی به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر سلامت عمومی تأثیرگذار می‌باشند. در این خاک‌ها آلودگی فلزات سنگین ممکن است سبب دخالت در رشد گیاه و نیز آسیب به سلامت انسان‌ها از طریق ورود به زنجیره غذایی شود (شهبازی و دیگران، 1391).

همچنین آلودگی فلزات سنگین می‌تواند اثرات مضری بر روی منابع آب شیرین مانند سدها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و آبخوان‌های زیرزمینی داشته باشد (Dong et al., 2009). امروزه در اکثر نواحی از آب‌های زیر زمینی برای مصارف گوناگون و بخصوص کشاورزی استفاده می‌شود (Ashraf et al., 2011). بنابراین در صورت آلودگی، این آب‌ها می‌توانند مشکلاتی را برای موجودات استفاده کننده از این آب‌ها به طور مستقیم یا غیرمستقیم ایجاد کنند. از این رو پایش آب و خاک در مناطق معدنی امری ضروری و مهم است.

از آن جا که زمین­های کشاورزی دشت لنجان در اطراف  معدن سرب و روی ایرانکوه واقع شده‌اند لذا، بررسی منابع آب و خاک این منطقه جهت ارزیابی آلودگی آن‌ها و بررسی رفتار ژئوشیمیایی فلزات سنگین ضروری است. این پژوهش به منظور نیل به این اهداف انجام شده است.

1 – 1 – 1  فلزات سنگین

به عناصر سمت چپ جدول تناوبی که معمولأ در محلول، تشکیل کاتیون می‌دهند فلز گفته می‌شود. فلزات سنگین فلزهایی با عدد اتمی 20 و بزرگتر از آن هستند. عناصر واسطه‌ی آرسنیک (As) و سلنیوم (Se) و نیز سرب (Pb)، جیوه (Hg) و کادمیوم (Cd) بیش‌ترین توجه زیست محیطی را به خود معطوف نموده‌اند (نلسون ایبای، 1390).

منشأ فلزات سنگین و خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاک‌ها تعیین کننده‌ی اشکال شیمیایی آن‌ها در محیط می‌باشند (نلسون ایبای، 1390).

اشکال شیمیایی یک فلز رفتار آن را در محیط و همچنین ظرفیت انتقال مجدد آن را مشخص می‌کند. فاکتورهای اساسی تأثیر گذار بر روی تحرک فلزات عبارت از مقدار مواد ارگانیک، ظرفیت تبادل کاتیونی، بافت خاک،  Eh و pH می‌باشد (Kashem et al., 2011).

بسته به نوع عنصر مهم‌ترین عوامل مؤثر بر تحرک آن نیز تغییر می‌کند (نلسون ایبای، 1390).

1 – 1 – 2 فلزات واسطه‌ی سرب، روی و کادمیوم:

در شرایط قلیایی و pH بالا این عناصر اکسی هیدروکسیدهای انحلال ناپذیر و یا در حضور کربنات، کربنات‌های انحلال ناپذیر تشکیل می‌دهند. در شرایط اسیدی و pH پایین جذب سطحی این فلزات ناچیز بوده ولی با افزایش pH جذب سطحی فرایندی مهم می‌باشد که سبب خروج فلزات از محلول از راه جذب سطحی بر روی ذرات و رسوبات می‌شود. هنگام مواجهه با مواد آلی حل شده (اسیدهای هومیک) این عناصر با ماده‌ی آلی تشکیل کمپلکس می‌دهند. میزان جذب سرب در مواد هومیک بیش‌تر از روی و در روی بیش‌تر از کادمیوم است. اکسی هیدروکسیدهای آهن و منگنز نیز جاذب‌های مناسبی برای این عناصر می‌باشند. در اغلب شرایط اکسایش-کاهش، این عناصر در محلول به صورت گونه‌های کاتیونی دو یا سه ظرفیتی وجود دارند (نلسون ایبای، 1390).

1 – 1 – 3 توزیع فلزات سنگین در محیط