عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید- سمناک ولی بسیار انحلال ناپذیر یا بسیار کمیاب(تیتانیم، هافنیم، زیرکنیم، تانتالیم، گالیم، لانتانیم، اسمیم، ایریدیم، روتنیم، باریم، رودیم) - بسیار سمناک و نسبتاٌ دسترسپذیر(بریلیم، کبالت، نیکل، مس، روی، قلع، کروم، آرسنیک، سلنیم، نقره، کادمیم، جیوه، تالیم، سرب، آنتیموان، بیسموت) نقش فلزات سنگین در محیط زیست از دیرباز مورد توجه بسیاری از پژوهشگران بوده است. فلزات سنگین پس از ورود به محیط به دلیل خاصیت تجمعپذیری، تجزیهناپذیری و مقاومت در برابر تغییرات زیستشناختی، میتوانند طی حرکت در چرخه حیات به تدریج در بافتهای مختلف بدن، به ویژه در موجودات ردههای بالای زنجیره غذایی انباشته شوند و مشکلات زیادی را برای سلامت موجودات زنده به وجود آورند. این فلزات به صورت گونههای انحلالپذیر در آب یا به صورت بخشی جدایی ناپذیر از جامدات معلق انتقال یافته یا در اثر تبخیر وارد جو میشوند، و یا اینکه در رسوبات بستر انباشته شده و توسط اندامگانها جذب میشود. از آنجا که بیشتر فلزات در محیط آب در مقادیر کم نیز سمی هستند حتی تغییرات به نسبت کوچک در غلظت آنها، از اهمیت زیادی برخوردار است(Hornberger et al., 1999). بنابراین بررسی و پایش نحوه ورود این عناصر از منابع مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی به منابع پذیرنده آب، خاک و غذا توجه بسیاری از پژوهشگران محیطزیست و بهداشت را به خود جلب نموده است. 1-4-1- منابع طبیعی فلزات سنگین در سامانههای طبیعی، عناصر از سنگها، کانیها، گازها و بخارات فعالیتهای آتشفشانی، آتشسوزی جنگلها و چشمههای آبگرم وارد محیط شده، در خاک باقی میمانند و یا وارد آبهای سطحی و سفرههای آب زیرزمینی میشوند. با توجه به شرایط فیزیکی، شیمیایی و زیستشناختی محیط، و پتانسیل زیستدسترسپذیری، عناصر از طریق آب یا خاک به شبکه غذایی راه مییابند. 1-4-2- منابع انسانزاد آلودگی فلزات سنگینفعالیتهای بشر از جمله تولیدات صنعتی، معدنی، کشاورزی، و حملونقل غلظت بالایی از فلزات سنگین را واردزیستکره میکند. فلزات سنگین ناشی از منابع انسانزاد در خاک، قابلیت جابجایی بیشتری نسبت به منابع طبیعی تشکیل خاک داشته و از لحاظ زیستشناختی زیستدسترسپذیرتر هستند(Sardar et al., 2013). منابع اولیه آلودگی فلزات سنگین، احتراق سوختهای فسیلی، ذوب فلز مانند ذوب کانسنگها، زبالههای شهری و دفع پسماند، آفتکشها، سموم و فاضلاب است(Nriagu, 1979, 1996; Pendias and Pendias, 1989; Rai, 2009). در مناطقی که باطلههای معدنی حاوی سولفیدهای غنی از فلز هستند آلودگی فلزات سنگین و زهاب اسیدی معدن، از مهمترین نگرانیها به شمار میآیند(Concas et al., 2006; Rai, 2008). پسابها، فلزات سنگین را از طریق فرایندهای مختلف، که یکی از مهمترین آنها آبیاری میباشد به خاک و سامانههای آب وارد میکنند(Khan et al., 2008). بخش بزرگی از فلزات سنگین حتی پس از تصفیه پسابها در تصفیهخانه نیز جدا نشده و بنابراین باعث آلودگی خاک و در پی آن زنجیرهغذایی میشوند(Fytianos et al., 2001). آلودگی فلزات سنگین در هوا از راه فعالیتهای انسانی افزایش مییابد. ذوب و سوزاندن زغالسنگ، نفت و مواد زائد، فلزات سنگین را وارد جو میکند(Chen et al., 1989). عواملی مانند رشد صنعتی و ترافیک باعث گسیل کنترل نشده آلودگی و فلزات سنگین در محیط میشود، این امر به ویژه در شهرهای با اندازه متوسط و در کشورهای در حال توسعه اهمیت بیشتری دارد. آلودگی فلزات سنگین ممکن است به دلیل عواملی مانند آبیاری با آب آلوده، افزودن کودها و آفتکشهای فلز-پایه، گسیلهای صنعتی، حملونقل، فرایند برداشت، ذخیرهسازی یا فروش محصول، در محصولات زراعی رخ دهد(Radwan and Salama, 2006; Tuzen and Soylak, 2007; Duran et al., 2007). 1-4-3- توزیع فلزات سنگین در محیط رسوبتوانایی آب در حفظ حیات موجودات آبزی و نیز مناسب بودن آن برای استفادههای دیگر به غلظت عناصر جزئی آن وابسته است. برخی از فلزات مانند منگنز، روی، و مس در غلظت های کم برای عملکرد فیزیولوژیکی بافتهای زنده و نیز انجام بسیاری از فرایندهای زیستشیمیایی ضرورت دارند. افزایش غلظت این فلزات در آبهای طبیعی در اثر تخلیه فاضلاب، پسابهای صنعتی و یا فعالیتهای معدنکاری و کشاورزی اثرات سمشناختی شدیدی بر انسان و بومسامانههای آبی دارد. رفتار فلزات در سامانههای آبگین به ترکیب رسوب بستر، ترکیب رسوبات معلق و شیمی آب بستگی دارد. طی فرایند جذب سطحی، آبکافت و تهنشست، تنها بخش کوچکی از یونهای فلزی آزاد بصورت حلشده در آب باقی میمانند. اندازهگیری آلایندهها در آب با توجه به نوسانات بار آلودگی تخلیه شده در رودخانه و زمان ماند کم آنها، قطعی نیست(Varol, 2011)؛ اما مطالعه رسوبات رودخانه، به دلیل زمان ماند طولانی فلزات سنگین امکانپذیر بوده و اهمیت زیادی دارد(Gaur et al., 2005). ترکیب هر رسوب میتواند شرایط طبیعی(زمین شناختی) و فعالیتهای انسانزاد را نشان دهد. غلظت عناصر در رسوب نه تنها به منابع انسانزاد و سنگشناختی بستگی دارد بلکه وابسته به خصوصیات بافتی، محتوای مواد آلی، ترکیب کانیایی و محیط رسوبگذاری در رسوبات است(Chakravarty et al., 2009). اندازه ذرات رسوب بر مساحت سطحی آن، سرعت تهنشینی و نرخ رسوبگذاری مواد معلق در ستون آب و همچنین درجه تفکیک مواد شیمیایی تأثیر میگذارد. به طور کلی فلزات سنگین، با بخش دانهریز رسوب همراه هستند که در مناطق کم تلاطم رودخانه تهنشین میشود(Lin et al., 2003). اکسی هیدروکسیدهای آهن و مواد آلی طبیعی و سایر کلوئیدها، نقش مهمی در جذب سطحی فلزات سنگین کمیاب توسط رسوبات دارد (Tsai et al., 2003). در ادامه به توضیح برخی فلزات سنگین موجود در رسوب پرداخته میشود. 1-4-3-1- آرسنیکآرسنیک به صورت ترکیبات آلی و غیر آلی در حالتهای سه ظرفیتی و پنج ظرفیتی، در محیطزیست وجود دارد(Fowler et al., 2011). این عنصر با غلظتهای 5/2-5/0 میلیگرم بر کیلوگرم در پوسته زمین و بیش از 13 میلیگرم بر کیلوگرم در رسوبات رسی یافت میشود(Kabata-Pendias, 2007). آرسنیک به صورت گونههای خنثی و دارای بار منفی در محیط زیست یافت میشود. در شرایط اکسنده، این عنصر در حالت 5+ و در شرایط کاهنده گونه غالب آن به حالت 3+ وجود دارد. از آنجا که As در محلول به شکل گونههای با بار منفی حضور دارد، با کاهش pH جذب سطحی آنها افزایش مییابد(سطح دارای بار منفی کمتر یا دارای بار مثبت میشود). گونههای آرسنات(5+) در سطح آهن هیدروکسید، کمپلکسهای درون کره تشکیل میدهند و در pH نزدیک به خنثی، به شدت جذب سطح رسوب میشوند، درحالیکه گونههای آرسنیت(3+) تنها به شکل ضعیف در تمام pHها جذب سطحی میشوند. در محیط بسیار اکسیدکننده که برای تشکیل گونههای آرسنات مطلوب است، جذب سطحی این عنصر توسط اکسی هیدروکسیدها صورت گرفته و از محلول آبگین خارج میشود. اگر شرایط محیط کاهنده شود، آرسنات پیوند یافته تبدیل به آرسنیت خواهد شد و میتواند از ذرات آزاد و وارد فاز محلول شود(Eby, 2004). جدول 1-1 فراوانی آرسنیک را در محیطهای سنگ، خاک و آب نشان میدهد. جدول 1- 1- فراوانی آرسنیک در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007)محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر (mg Kg-1) پوسته زمین 5/2-5/0 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 5/2-5/0 5/2-1 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 2/1-5/0 5/2-1 خاکها 5/3 کمی ماسهای 30-1/0> رسی متوسط و سیلتی 27-3/1 بسیار رسی 23-2 آهکی - آلی 67-1/0> آب باران دریا رودخانه (µg l-1) 4/0-3/0 7/3-2/1 4/9-11/0 1-4-3-2- کرومفراوانی کروم در محیطهای مختلف در جدول 1-2 آورده شده است. الگوی توزیع کروم در سنگها نشاندهنده تمرکز این عنصر در سنگهای آذرین مافیک و رسوبات رسی است. تمام کانیهای کروم در مقابل هوازدگی شیمیایی مقاوم هستند. گونهزایی کروم در بسیاری از شرایط محیطی، وابسته به Eh-pH است. زمینشیمی کروم پیچیده است زیرا به راحتی از یک حالت اُکسایش به حالت دیگر تبدیل میشود. ارتباط رفتار زمینشیمیایی کروم با آهن و منگنز موجب افزایش غلظت آن در گرهکهای منگنز رسوبات بستر دریا و خاکهای آهندار شده است. بهطور طبیعی ترکیبات کروم، دارای ظرفیتهای 3+(کرومیک) و 6+(کرومات) هستند. کروم در حضور مواد آلی اغلب به شکل کمپلکسهای انحلالپذیر سه ظرفیتی حضور دارد و به شکل هیدروکسیدهای نامحلول تهنشین میشود؛ بنابراین با اضافه کردن مواد آلی میتوان برای پاکسازی مکانهای آلوده به کروم استفاده کرد. محیطهای آلاینده مانند صنایع آبکاری، دباغی چرم و نساجی مقدار زیادی کروم وارد آبهای سطحی میکنند(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1- 2- فراوانی کروم در محیطهای سنگ، خاک وآب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007). محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین 185-126 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 3400- 170 50-10 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 40-20 16-5 خاکها کمی ماسهای رسی متوسط و سیلتی بسیار رسی آهکی آلی 54 350-2 300-10 1100-30 150-5 100-1 آب باران دریا رودخانه (µg l-1) 5/0-2/0 3/0 1/2-3/0 1-4-3-3- منگنزمنگنز از فراوانترین عناصر کمیاب در سنگکره است. منگنز عضوی از خانواده آهن بوده و به شدت با این عنصر در ارتباط است؛ بنابراین چرخه زمینشیمیایی منگنز، از چرخه آهن پیروی میکند. طی هوازدگی، منگنز موجود در کانیها، اکسیدشده و میتواند متحرک شود. اکسیدهای منگنز باز نهشته میشوند و به شکل کانیهای ثانویه منگنز و اغلب به شکل گرهک تمرکز مییابند. رفتار زمینشیمیایی پیچیده منگنز طی فرایند رسوبگذاری باعث تجمع این فلز در لایههای مختلف رسوبات شده است. غلظت منگنز در مواد معلق و رسوبات بستر معمولاً بیش از غلظت آن در آب است(Kabata-pendias et al., 2007). جدول 1-3 فراوانی منگنزدر محیطهای سنگ، خاک و آب را نشان میدهد. جدول 1- 3- فراوانی منگنز در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007).محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین 1400-716 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 2000-850 1200-350 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 500-100 1000-200 خاکها کمی ماسهای 2000-7 رسی متوسط و سیلتی 9200-50 بسیار رسی 3900-100 آهکی 7750-50 آلی 2200-10 آب باران دریا رودخانه (µg l-1) - 4/0-2/0 130-02/0 1-4-3-4- آهنآهن مهمترین فلز و یکی از اجزای اصلی تشکیلدهنده سنگکُره است. غلظت میانگین آهن در پوسته زمین حدود 5 درصد است. فراوانی جهانی آهن حدود 5/4 درصد محاسبه شده و عنصری کمیاب در سنگ و خاک در نظر گرفته نمیشود(جدول 1-4). به هر حال آهن نقش خاصی در رفتار چند عنصر کمیاب داشته و جایگاه میانهای بین ریزمغذیها و درشت مغذیها در گیاهان، حیوانات و انسان دارد(Kabata-Pendias et al., 2007). سرنوشت آهن طی فرایند هوازدگی تا حدود زیادی به سامانه Eh-pH و درجه اُکسایش ترکیبات آهن بستگی دارد. قاعده کلی کنترلکننده رفتار آهن به این شکل است که در شرایط اکسیدی و قلیایی نهشته میشود درحالیکه شرایط کاهشی و اسیدی به متحرک شدن ترکیبات آهندار منجر میشود. اکسیدهای آهن کلوئیدی نقش مهمی در جذب و تهنشینی سایر عناصر و یونها دارند(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1 -4- فراوانی آهن در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007)محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(%) پوسته زمین 5 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 7/8- 7/3 7/2- 4/1 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 3-10 1-4/0 خاکها 5/3 کمی ماسهای 1-1/0 رسی متوسط و سیلتی 8/2- 8/0 بسیار رسی 3- 5/1 آهکی 5/0 آلی 9/4- 03/0 آب باران دریا رودخانه 40-11 2 66 1-4-3-5- کبالتدر پوسته زمین در سنگهای مافیک تمرکز یافته است(جدول 1-5). فراوانی کبالت در پوسته زمین mg/kg12 است. همچنین کبالت به احتمال زیاد در شیلهای سیاه تمرکز مییابد. با توجه به خاصیت آهندوستاین عنصر، احتمالاً با گوگرد، آرسنیک و سلنیم کانی تشکیل میدهد. چرخه زمینشیمیایی کبالت شباهت زیادی به چرخه آهن و منگنز دارد و با چند کانی این فلزات همراه است. تحرک پذیری کبالت در محیطهای قارهای بسیار اندک است. طی فرایند هوازدگی Co3+ ناپایدار بوده و بصورت سولفید رسوبکرده یا توسط اکسی هیدروکسیدها جذب سطحی میشود. ظرفیت جذب کبالت به وسیلۀ اکسیدهای منگنز با منشأ زیستی یا غیر زیستی بسیار بالا است(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1-5- فراوانی کبالت در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007)محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین سنگهای آذرین مافیک اسیدی سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 12-10 200-35 15-1 10-3/0 3-1/0 خاکها 8 کمی ماسهای 5/5 رسی متوسط و سیلتی 7 بسیار رسی 12 آهکی 7 آلی 5/4 آب باران دریا رودخانه (µg l-1) 025/0 002/0 15/0 1-4-3-6- نیکلمیانگین غلظت نیکل در پوسته زمین حدود 20 میلیگرم بر کیلوگرم تخمین زده شده است و غلظت آن با افزایش اسیدینگی سنگها کاهش مییابد(جدول 1-6). نیکل در محیطهای قارهای، تحرک کمی دارد و بنابراین گونههای انحلالپذیر نیکل در محیط های آبی برای مدت طولانی به صورت حلشده باقی نمیمانند و به راحتی توسط مواد معلق و اکسی هیدروکسیدهای آهن و منگنز جذب سطحی میشوند و بر سطح رسوبات، نهشته میشوند. مواد آلی نیز قابلیت بالایی برای جذب نیکل دارند(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1- 6- فراوانی نیکل در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007). محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین 20 سنگهای آذرین الترامافیک مافیک اسیدی 2000-1400 160-130 20-5 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 20-5 20-5 خاکها 22-19 کمی ماسهای 33-7 رسی متوسط و سیلتی 25-11 بسیار رسی 50-23 آهکی 92-18 آلی 12-4 آب باران دریا رودخانه (µg l-1) 7/0-3/0 7/0 8/0 1-4-3-7- مسغلظت مس در پوسته زمین 75-25 میکروگرم بر کیلوگرم است و الگوی فراوانی آن در سنگها نشان میدهد که این عنصر در سنگهای آذرین مافیک و رسوبات رسی تجمع مییابد(جدول 1-7). گونهپذیری و اشکال شیمیایی مس در آب برای کنترل فرایندهای زیستزمینشیمیایی و زیستدسترسپذیری آن مهم است. انحلالپذیری نمکهای مس در آب شیرین تحت شرایط کاهشی کاهش مییابد. غلظت مس در آب در تعادل دینامیک با غلظت این عنصر در رسوبات بستر است(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1- 7- فراوانی مس در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007). محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین 27-25 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 50 120-10 30-5 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 30-5 10-2 خاکها کمی ماسهای 70-1 رسی متوسط و سیلتی 100-4 بسیار رسی 140-7 آهکی 70-7 آلی 115-1 آب باران دریا رودخانه (µg l-1) 3/0-02/0 8- 1> 53/3-27/0 1-4-3-8- رویروی در سنگهای ماگمایی به طور یکنواخت، پراکنده است درحالی که در محیطهای رسوبی و رسوبات رسی تمرکز مییابد(جدول 1-8).طی فرایند هوازدگی این عنصر بسیار متحرک بوده و به سرعت در واکنش با کربناتها تهنشین میشود و یا توسط کانیها و ترکیبات آلی به خصوص در حضور یونهای گوگرد جذب میشود. روی در رودخانهها به هیدروکسیدها، کانیهای رسی و دیگر اجزاء رسوب متصل میشود. گونهپذیری یون روی با تغییر pH تغییر میکند به طوری که گونه غالب عنصر روی در pH 7، یون آزاد روی(98 درصد) و ZnSO4 است و در pH 9 گونههای اصلی این عنصر یون ZnCO3 و یون آزاد روی میباشند. منابع اصلی ورود روی به آبها شامل زهاب اسیدی معدن، فاضلابهای صنعتی و شهری و رواناب شهری است اما بزرگترین حجم ورودی روی به منابع آبی از راه هوازدگی ذرات خاک حاوی این عنصرصورت میگیرد(Kabata-Pendias et al., 2007). جدول 1- 8- فراوانی روی در محیط سنگ، خاک و آب(Kabata- Pendias and Mukherjee, 2007)محفظه زیست محیطی فراوانی عنصر(mg Kg-1) پوسته زمین 80-52 سنگهای آذرین مافیک اسیدی 120-40 100-40 سنگهای رسوبی ماسه سنگ سنگ آهک 30-15 25-10 خاکها 63
