نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناس ارشد علوم محیط‌زیست، دانشکدۀ علوم، دانشگاه زنجان، ایران
2 دانشیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکدۀ علوم، دانشگاه زنجان، ایران
3 استادیار، گروه علوم محیط‌زیست، دانشکدۀ علوم، دانشگاه زنجان، ایران
4 دانشیار، گروه علوم محیط‌زیست، دانشکدۀ علوم، دانشگاه زنجان، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
In order to assess the concentrations of heavy metals in stream sediments of eastern and southeastern drainages of the Angouran Zn-Pb mine, stream sediment samples were selected from 77 stations. Results of samples analysis demonstrate that concentrations of As, Sb, Cd, Pb and Zn are higher and Co is less than the averages of upper continental crust in most stations. The elements correlation analysis indicates that there are intermediate to very strong positive correlations between Pb, Zn, Cd, Sb and As, and Co has no correlation with other elements. Investigation of distribution maps, enrichment factor and geo-accumulation index demonstrate that the highest enrichment and pollution in the study area related to Pb, Zn, Cd, Sb and As which are concentrated at the northern and northeastern parts of the study area (Allahlou-Chay catchment). Investigation of the relationship between the obtained data and geology of the study area demonstrates that the origin of these elements concentrations are geogenic and related to mineralizations and alterations. Exploitation activities at the Angouran Zn-Pb mine caused increasing the concentration of heavy metals and their entry into the surface waters which with the result of expansion of mentioned elements to northeast of study area and Allahlou-Chay catchment.
Keywords: Stream sediment, Heavy metals, Spatial distribution, Geo-accumulation index, Angouran.
Introduction
Heavy metals are one of the most important soil contaminants which are naturally present in the soil, but large amounts of these metals are the result of human activities like mining, transportation, disposal of industrial wastewater, improper disposal of wastes and use of chemical fertilizers and pesticides (Rahimpour and Abbaspour 2014; Zare Khosh Eghbal et al. 2012). Seasonal rivers during heavy rains transfer contaminated sediments and mineral waste from adjacent mines to downstream areas and cause heavy metal dispersion. As such, studying stream sediments is one of the best ways to assess pollution.
Angouran Zn-Pb mine is one of the mines that due to a large volume of extraction and mineral production has produced a lot of waste around the mine. These wastes, in turn, can cause many problems for the environment around the mine. In this study, an attempt was made to evaluate the role of mining in the environment by investigation of heavy metal concentrations in the stream sediment samples of the rivers at the east and southeast of the Angouran Zn-Pb mine (Allahlou-Chay and Kakaroud catchments).
Materials and Methods
In order to evaluate the environmental contamination of heavy metals at the eastern and southeastern catchments of Angouran Zn-Pb mine, 77 samples were selected from intended stations. In this stage, about 500 gr of stream sediments from a depth of 5-15 cm was selected from each station. After crushing and milling the samples, the obtained powders were dissolved by the four acid solutions and were analyzed by the ICP-OES at laboratories of Geological Survey of Iran. The studied elements in this research include As, Sb, Cd, Pb, Zn and Co. After receiving the analytical results from the laboratory, the data were processed statistically. For this purpose, statistical parameters such as the mean, median, mode, standard deviation, skewness, Kurtosis, range, minimum and maximum were analyzed for the 6 mentioned elements using SPSS 22 software. Furthermore, Kolmogorov-Smirnov test was used to examine the distribution of the normality of data. In the absence of normal data, the logarithm transformation method was used to normalize the data. In order to determine the level of stream sediments contamination to heavy metals in the study area, the enrichment factor and the geo-accumulation index were used. To survey elements distribution maps, interpolation of reverse weight weighting and pixel estimation were employed.
Discussion of Results & Conclusions
Evaluation of normality of data indicates that except for the cobalt, the other elements do not have a normal distribution. The results of sample analysis demonstrate that concentrations of As, Sb, Cd, Pb and Zn are higher and Co is less than the average of upper continental crust in most stations. The results of correlation between the elements indicate that Co has no correlation with other elements while others show moderate to strong positive correlations with each other.
The element distribution maps in the study area demonstrate that the elements anomalies mainly locat in the northern and northeastern parts. Furthermore, these maps show that anomalies of Pb, Zn, Cd, As and Sb have an overlap with each other. The enrichment factor investigations indicate that the highest enrichment is related to Pb, Zn, Cd, As and Sb located on northeastern and eastern parts of the study area (Allahlou-Chay catchment). Moreover, in terms of geo-accumulation index, Cd, As, Sb, Pb and Zn caused the pollution of most parts of the study area especially the northeastern and eastern parts (Allahlou-Chay catchment).
In general, the analysis of the result of samples from stream sediments of the study area demonstrates that the origin of investigated elements is partly natural (geogenic) and related to mineralizations and alterations. But, exploitation activities in Angouran Zn-Pb mine, weathering of ores and leaching of soils and waste damps led to increasing the heavy metals concentrations and their entrance into the current waters. This led, in turn, to expansion of heavy metal concentrations to other parts of the study area far from the mineralized region (northeastern part and Allahlou-Chay catchment). These data are in agreement with the results of Ghadimi and Nabatian (2014) showing that the water of catchments in upper levels of Angouran Zn-Pb mine show no pollution for Pb, Zn, As and Cd, while by crossing the mining site they become polluted because of these elements.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
آلاینده‌ها از عوامل مهم مختل‌کنندۀ محیط‌زیست منطقه به شمار می‌آیند و از میان آنها، فلزهای سنگین به‌علت تجزیه‌ناپذیربودن و آثار فیزیولوژیکی زیاد بر موجودات زنده و انسان‌ها (حتی در غلظت کم)، حساسیت ویژه‌ای دارند. فلزهای سنگین و مواد آلی مهم‌ترین عوامل آلوده‌کنندۀ خاک هستند (Rahimpour and Abbaspour 2014)؛ به‌طوری‌که تجمع فلزهای سنگین سبب مختل‌شدن وظایف حیاتی خاک می‌شود و برای سلامتی انسان و موجودات زنده خطرآفرین است (Kabata-Pendias 2010). غلظت‌های کم فلزهای سنگین به‌طور طبیعی در خاک‌ها و سنگ‌ها یافت می‌شوند، اما فعالیت‌های انسانی نظیر معدن‌کاری، حمل‌و‌نقل، دفع فاضلاب‌های صنعتی، دفع نامناسب زباله‌ها و استفاده از کودهای شیمیایی و سموم سبب افزایش رهاسازی و انتشار آنها در محیط‌زیست می‌شوند (Romic et al. 2007). وجود مقدارهای زیاد فلزهای سنگین سبب مشکلات بسیاری شده و همیشه تهدید مهمی برای خاک بوده است (Wei and Yang 2010). وجود مقدارهای زیاد فلزهای سنگین در معدن‌کاری، تأثیر زیست‌محیطی بسیاری دارد؛ به‌طوری‌که این فلزها در طول دورۀ بهره‌برداری و پس‌از توقف فعالیت‌های معدنی به محیط‌زیست وارد می‌شوند (Cappyuns et al. 2005). رودخانه‌های فصلی در زمان بارندگی شدید، رسوبات آلوده و باطله‌های معدنی را از مجاور معدن‌ها به منطقه‌ها پایین‌دست منتقل می‌کنند و سبب پراکندگی فلزهای سنگین می‌شوند.
رسوبات، محل نهایی تجمع فلزهای سنگین در محیط آبی محسوب می‌شوند، اما در شرایطی به‌شکل منبع آلودگی در آب عمل می‌کنند؛ به عبارتی، باتوجهبه اینکه منابع معدنی به‌ویژه کانسارهای فلزی دارای مقادیر درخور توجهی از فلزهای سنگین و عناصر بالقوه سمی هستند، تماس آب‌های سطحی و زیرزمینی با سنگ میزبان، توده‌ها، رگه‌های معدنی و هوازدگی سنگ‌ها در کانسارها سبب آزادسازی عناصر مختلف می‌شود و مقدار زیادی از فلزهای سنگین و عناصر بالقوه سمی را در رسوبات پایین‌دست و خاک‌های مجاور برجای می‌گذارد (Dahrazma et al. 2014). فلزهای سنگین از مهم‌ترین آلودگی‌های رسوبات هستند که به‌علت تجزیه‌ناپذیربودن و آثار فیزیولوژیکی بر موجودات زنده و انسان در غلظت‌های کم اهمیت دارند (Zare Khosh Eghbal et al. 2012)؛ این مسئله، اهمیت بررسی‌های زیست‌محیطی رسوبات آبراهه‌ای را مشخص می‌کند. ذره‌های دانه‌ریز (در حد سیلت و رس) ازنظر شیمیایی بسیار فعال و از متحرک‌ترین بخش‌های رسوب هستند که نقش مؤثری در حمل آلاینده‌ها دارند؛ به‌همین‌علت، بررسی رسوبات آبراهه‌ای هرمنطقه یکی از بهترین روش‌های ارزیابی آلودگی آن منطقه است (Shahdadi and Moslempour 2011). باتوجهبه اینکه بسیاری از گونه‌های زیستی بخش عمدۀ دورۀ زندگی خود را در محیط رسوبی یا روی آن می‌گذرانند، بررسی فلزهای موجود در آب و رسوبات اهمیت دارد و ازاین‌رو، برخی فلزهای مواد موجود در آب و رسوبات می‌توانند از طریق چرخۀ زیستی به بدن موجودات دیگر و درنهایت انسان وارد شوند.
روش‌های مختلفی برای ارزیابی آلودگی‌های زیست‌محیطی منطقه وجود دارند که سبب شناسایی نوع آلودگی‌های منطقه می‌شوند. یکی از مشکلات تعیین پراکنش فلزهای سنگین و ارزیابی وضعیت آلودگی خاک‌ها، نبود امکان نمونه‌برداری از تمام منطقه است؛ ازاین‌رو، استفاده از راهکار مناسب برای تعمیم نتایج ایستگاه‌های اندازه‌گیری‌شده به سایر بخش‌های منطقه توصیه می‌شود. اگرچه به تعداد زیادی نمونه از منطقه برای سنجش آلودگی خاک به کمک نمونه‌های خاک برجا نیاز است، در روش رسوب آبراهه‌ای تنها به نمونه‌های شبکه‌بندی و مشخص نیاز است؛ زیرا چگونگی خاک منطقه را نشان می‌دهند.
معدن روی- سرب انگوران ازجمله معادنی است که باتوجهبه حجم زیاد تولید و استخراج مواد معدنی، باطله‌های فراوانی را در اطراف خود تولید می‌کند و این باطله‌ها سبب مشکلات عدیده‌ای برای محیط‌زیست اطراف معدن می‌شوند. در پژوهش حاضر تلاش شد تا با بررسی غلظت‌های فلزهای سنگین در نمونه‌های رسوب رودخانه‌های خاور و جنوب‌خاور معدن روی- سرب انگوران (حوضه‌های اللهلوچای و کاکارود)، نقش معدن‌کاری بر محیط‌زیست منطقۀ مطالعه‌شده بررسی شود؛ زیرا وجود معدن انگوران سبب رشد اقتصادی منطقه و از سوی دیگر، عاملی برای تهدید سلامت ساکنان منطقه است و از این‌رو، بررسی رسوبات آبراهه‌ای اطراف معدن در شناسایی منطقه‌های محتمل برای آلودگی مفید است.
پیشینۀ پژوهش
در دهه‌های گذشته، ورود آلاینده‌ها با منشأ انسانی مانند فلزهای سنگین به درون محیط‌های آبی بسیار افزایش یافته است که خطری جدی برای حیات محیط‌های آبی به شمار می‌آید؛ میزان ورود این فلزهای سنگین به درون محیط‌زیست بیشتر از میزانی است که طی فرایندهای طبیعی حذف می‌شود. تاکنون مطالعه‌های متعددی در زمینۀ آلودگی خاک به فلزهای سنگین انجام شده‌اند که ازجملۀ آنها عبارتند از: پژوهش مارتین و همکاران (Martín et al. 2006) در زمینۀ بررسی تغییر مکانی فلزهای سنگین در خاک‌های سطحی منطقۀ کشاورزی در اسپانیا، پژوهش بیرنه و همکاران (Byrne et al. 2010) در زمینۀ بررسی مقدارهای فلزهای سنگین در رسوبات حوضۀ آبریز آفون تویمن، پژوهش آوازو و همکاران (Iavazzo et al. 2012) در زمینۀ بررسی مقدار فلزهای سنگین در رودخانۀ مولویا و معادن آئولی، میبلودن و زیدا؛ پژوهش کالندر و اوچر چیچک (Kalender and Uçer Çiçek 2013) در ترکیه در زمینۀ بررسی آلودگی فلزها در رسوبات شاخه‌های فرعی رودخانه فرات؛ پژوهش محمد صلاح و همکاران (Mohammed Salah et al. 2015) در زمینۀ ارزیابی آلودگی فلزهای سنگین در رودخانۀ فرات؛ پژوهش نایفار و همکاران (Naifar et al. 2018) در زمینۀ توزیع فضایی آلودگی فلزهای سنگین در رسوبات دریایی ساحل جنوبی تونس. در ایران نیز پژوهش‌هایی در این زمینه انجام شده‌اند که ازجملۀ آنها می‌توان به پژوهش شهدادی و مسلم‌پور (Shahdadi and Moslempour 2011)، اسماعیلی و مر (Esmaeili and More 2012)، خدایی کلام (Khodaei Kalam 2015)، افشاری و همکاران (Afshari et al. 2016)، سیستانی و همکاران (Sistani et al. 2017)، ظاهری و همکاران (Zaheri et al. 2019) و موسوی و همکاران (Mousavi et al. 2019) اشاره کرد که همگی با هدف ارزیابی غلظت فلزهای سنگین در خاک و رسوبات آبراهه‌ای انجام شده‌اند. گفتنی است اگرچه مطالعه‌های متعددی در زمینۀ فعالیت‌های معدن‌کاری مرتبط با معدن روی- سرب انگوران طی سال‌های گذشته انجام شده‌اند، پژوهش چندانی دربارۀ آثار زیست‌محیطی عملیات معدن‌کاری انجام نشده است و ازجمله مطالعه‌ها در این زمینه می‌توان به پژوهش‌های عبدالهی و همکاران (Abdollahi et al. 2013)، قدیمی و نباتیان (Ghadimi and Nabatian 2014) و قشلاقی و همکاران (Qishlaqi et al. 2009, 2010) اشاره کرد که با نمونه‌برداری از خاک و آب انجام شده‌اند. نتایج مطالعه‌های یادشده تمرکز زیاد سرب، روی و کادمیوم را در خاک‌های منطقۀ انگوران و اطراف شهر دندی نشان می‌دهند.
باتوجهبه فعالیت‌های استخراجی در محدودۀ معدن روی- سرب انگوران و درنظرگرفتن توپوگرافی خشن منطقه و مقدار بارش‌های زیاد جوی، شرایط برای تحرک فلزهای سنگین در این منطقه فراهم و نتیجۀ آن، ورود فلزهای سنگین به درون رودخانه‌های منطقه است؛ ازاین‌رو، در پژوهش حاضر با استفاده از نمونه‌های رسوب آبراهه‌ای به مطالعه و تخمین مقدار فلزهای سنگین و سمی در حوضۀ پایین‌دست معدن انگوران پرداخته می‌شود و نتیجۀ این مطالعه‌ها به شناسایی بخش‌های آلودۀ احتمالی در این منطقه کمک می‌کند.
معرفی منطقۀ مطالعه‌شده
معدن روی- سرب انگوران یکی از بزرگ‌ترین معادن روی- سرب خاورمیانه است که در شهرستان ماهنشان، در ۱۳۵ کیلومتری جنوب‌باختر شهر زنجان و در مرز این استان با آذربایجان غربی واقع شده است (شکل 1). نزدیک‌ترین روستا به معدن، روستای قلعه‌جوق و نزدیک‌ترین شهر به آن، دندی است که در 25 کیلومتری خاور معدن واقع شده است. دسترسی به منطقۀ مطالعه‌شده و معدن روی- سرب انگوران از طریق جادۀ اصلی زنجان- دندی- معدن انگوران به طول حدود 135 کیلومتر امکان‌پذیر است؛ همچنین از سمت آذربایجان غربی و از طریق جادۀ تکاب- تخت‌سلیمان- دندی نیز می‌توان به این منطقه و معدن انگوران دسترسی پیدا کرد. منطقۀ مطالعه‌شده آبراهه‌های خاور و جنوب‌خاور معدن روی- سرب انگوران را در بر می‌گیرد که شامل حوضه‌های آبریز کاکارود و اللهلوچای است؛ این آبراهه‌ها ضمن جریان به سمت خاور و جنوب‌خاور و سپس شمال، سرانجام به رودخانۀ اصلی قزل‌اوزن می‌پیوندند.
شکل 1- الف. موقعیت استان زنجان روی نقشۀ ایران، ب. موقعیت شهرستان ماهنشان روی نقشۀ استان زنجان، پ. موقعیت بخش انگوران در شهرستان ماهنشان، ت. موقعیت محدودۀ مطالعه‌شده در بخش انگوران
منطقۀ انگوران ازنظر زمین‌ریخت‌شناسی جزو منطقه‌های کوهستانی و سخت‌گذر است. ارتفاع معدن روی- سرب انگوران از سطح دریا در بالاترین تراز برابر 3100 متر است و به‌علت واقع‌شدن در منطقۀ کوهستانی، زمستان‌های بسیار سخت و طولانی و تابستان‌های معتدلی دارد. مقدار میانگین بارندگی سالانه برابر 300 تا 400 میلی‌متر است. تغییرات ارتفاع از محدودۀ معدن روی- سرب انگوران (2790 متر) به‌سمت خاور و روستای قلعه‌جوق و رودخانۀ اللهلوچای (2118 متر) شدید است و شیب متوسط منطقه حدود 8 درصد برآورد می‌شود (شکل 2).
شکل 2- تصویری ماهواره‌ای از معدن روی- سرب انگوران و بخشی از منطقۀ مطالعه‌شده و تغییرات ارتفاع توپوگرافی به‌سمت خاور (برگرفته از سایت Google Earth با اِعمال تغییرات)
زمین‌شناسی منطقۀ مطالعه‌شده
در تقسیم‌بندی پهنه‌های زمین‌ساختی- رسوبی ایران (Stöcklin 1968) محدودۀ مطالعه‌شده بخشی از زون سنندج- سیرجان را در محل تلاقی زون‌های ساختمانی ایران مرکزی و زون سنندج- سیرجان تشکیل می‌دهد. منطقۀ مطالعه‌شده بخش کوچکی از نقشۀ زمین‌شناسی تخت‌سلیمان را در بخش‌های خاور و جنوب‌خاور آن و در اطراف معدن روی- سرب انگوران به خود اختصاص می‌دهد (شکل 3).
بر اساس نقشۀ 1:100000 زمین‌شناسی تخت‌سلیمان ((Babakhani and Ghalmgash 1996؛ (شکل 3)، کهن‌ترین واحدهای شناخته‌شده در این منطقه شامل یک‌سری سنگ‌های دگرگونی به رنگ سبز- خاکستری است که زیر آهک و دولومیت‌های مرمری‌شده (مرمر جان‌گوتاران) رخنمون دارند. سنگ‌های دگرگونی یادشده شامل سریسیت (موسکویت) شیست، کوارتز- کلریت- اپیدوت‌شیست، بیوتیت‌شیست و سنگ‌های اولترامافیک همراه با میان‌لایه‌های کوارتزیتی است؛ این توالی شیستی، میزبان بخش سولفیدی کانسار روی- سرب انگوران را تشکیل می‌دهد. در بخش‌های جنوب‌باختری منطقۀ مطالعه‌شده، کانه‌زایی‌های متعدد آهن در این توالی دگرگونه تشکیل شده‌اند که ازجملۀ آنها می‌توان به کانسارهای آهن میانج، گورگور و حلب اشاره کرد. واحدهای دولومیت مرمری‌شدۀ جان‌گوتاران در بخش‌های شمالباختری منطقۀ مطالعه‌شده و زیر توالی شیستی یادشده رخنمون دارد و میزبان بخش اکسیدی کانسار روی- سرب انگوران است. مجموعۀ دگرگونۀ یادشده همراه با مرمرهای جان‌گوتاران به پرکامبرین تعلق دارند و معادل دگرگون‌شدۀ سازندهای کهر و سلطانیه در نظر گرفته می‌شوند. در بخش‌های باختری منطقۀ مطالعه‌شده، تناوب واحدهای گنایسی و آمفیبولیت با میان‌لایه‌های مرمر رخنمون درخور توجهی دارد؛ این سنگ‌ها به پالئوزوئیک نسبت داده می‌شوند. مجموعۀ آتشفشانی- رسوبی الیگومیوسن گسترده‌ترین واحد سنگی در منطقۀ مطالعه‌شده است و شامل توف‌برش‌های پامیسی سفید تا صورتی همراه با گدازه‌های داسیتی و ایگنمبریت و توف‌های وابسته به رنگ صورتی است. آخرین رخنمون فعالیت‌های آتشفشانی الیگومیوسن در این منطقه را یک‌سری گدازه‌های آندزیتی به رنگ خاکستری، قهوه‌ای و بنفش تشکیل می‌دهند؛ همچنین رخنمون‌های گسترده‌ای از تناوب مارن، ماسه‌سنگ، سیلت‌سنگ و گل‌سنگ نازک‌لایۀ به رنگ خاکستری- قهوه‌ای، تناوب مارن سبز مایل به زرد تا خاکستری گچ‌دار با ماسه‌سنگ همراه با افق‌هایی از کنگلومرا و درنهایت، آهک‌های ضخیم‌لایۀ این دوران (آهک‌های سازند قم) در بخش‌های مرکزی و خاوری منطقه حضور دارند. در بخش‌های مرکزی تا باختری منطقۀ مطالعه‌شده و در جنوب‌باختر معدن روی- سرب انگوران، رخنمونی از گنبد داسیتی- آندزیتی مشاهده می‌شود. در برخی نقاط، رسوبات چشمه‌های تراورتن‌ساز به‌شکل لایه‌های افقی روی واحدهای سنگی قدیمی‌تر مشاهده می‌شوند. در بخش‌های شمالباختری منطقۀ مطالعه‌شده، رخنمون‌های کوچکی از توده‌های نفوذی با ترکیب کوارتزدیوریت، دیوریت، گابرو و گرانیت مربوط به تریاس و ژوراسیک وجود دارند.
از دیدگاه کانه‌زایی، منطقۀ تکاب- انگوران- تخت‌سلیمان (دربرگیرندۀ منطقۀ مطالعه‌شده) یکی از ایالت‌های فلززایی مهم در ایران محسوب می‌شود. در منطقۀ مطالعه‌شده، کانه‌زایی روی- سرب انگوران درون واحدهای مرمری و شیست‌های پرکامبرین و کانه‌زایی‌های آهن میانج و گورگور درون توالی شیستی پرکامبرین تشکیل شده است. امروزه، این کانه‌زایی‌ها به‌عنوان معادن فعال درحال بهره‌برداری هستند.
معدن روی- سرب انگوران یکی از معادن کشور با پیشینۀ تاریخی در زمینۀ بهره‌برداری است که شکل نوین استخراج از آن به اواخر دهۀ ۴۰ باز می‌گردد. معدن انگوران در نوع خود از بزرگ‌ترین معادن خاورمیانه و از پرعیارترین کانسارهای روی- سرب جهان به شمار می‌آید که ظرفیت تولید آن سالانه ۷۰۰ هزار تن اکسید سرب و روی و مخلوط سولفورۀ سرب و روی است. کانسار روی- سرب انگوران در آخرین افق‌های دگرگونی منطقه و بین سنگ‌های فرودیوارۀ شیستی و سنگ‌های فرادیوارۀ مرمر تشکیل شده است. دو گسل اصلی با راستای شمال و شمال‌باختر- جنوب و جنوب‌خاور و شمال‌باختر- جنوب‌خاور تودۀ معدنی را محصور کرده‌اند. پهنۀ کانه‌دار معدن انگوران ژئومتری پیچیده‌ای دارد و ابعاد این پهنه عبارتست از: 600 متر طول در جهت شمالی- جنوبی و 200 تا 400 متر پهنا در جهت خاوری- باختری. باتوجهبه مطالعه‌های کانی‌شناسی در زمینۀ این کانسار، مجموعه کانی‌های تشکیل‌شده در این کانسار را می‌توان به دو گروه سولفیدی و غیرسولفیدی (کانی‌های اکسیدی و کربناته) تقسیم کرد که طی دو مرحلۀ هیپوژن و سوپرژن تشکیل شده‌اند (Daliran et al. 2013). کانی‌های بخش سولفیدی که عمدتاً به فاز هیپوژن تعلق دارند، مقدارهای زیاد اسفالریت همراه با مقدار کمتری گالن، پیریت و آرسنوپیریت را شامل می‌شوند و کلسیت، دولومیت، موسکویت، انیدریت و کوارتز مهم‌ترین کانی‌های باطلۀ همراه آنها هستند (Ghadimi and Nabatian 2014). اسمیت‌زونیت مهم‌ترین کانی بخش غیرسولفیدی است که طی یک فاز هیپوژن و یک فاز سوپرژن تشکیل شده است. بخشی از کانه‌زایی کربنات روی که خلوص بیشتری دارد، غالباً دارای رنگ سفید با بافت توده‌ای تا دانه‌پراکنده و اصطلاحاً از نوع کالامین است (Ghadimi and Nabatian 2014). مجموعه کانی‌های سروزیت، میمتیت، پیرومورفیت، هیدروزینکیت و بخشی از اسمیت‌زونیت همراه با کانی‌های هماتیت، گوتیت، ژاروسیت و کانی‌های رسی طی مرحلۀ سوپرژن تشکیل شده‌اند (Ghadimi and Nabatian 2014). مطالعه‌های زمین‌شیمیایی نشان می‌دهند علاوه‌بر روی و سرب (مادۀ معدنی اصلی این کانسار)، عناصر آرسنیک، کادمیم، آنتیموان و کبالت تمرکز زیادی را نشان می‌دهند (Ghadimi and Nabatian 2014).
شکل 3- نقشۀ زمین‌شناسی منطقۀ مطالعه‌شده بر اساس نقشۀ زمین‌شناسی 1:100000 تخت‌سلیمان (Babakhani and Ghalamgash 1996)
روش مطالعه
نمونه‌برداری و تجزیه‌وتحلیل
به‌منظور ارزیابی آلودگی‌های زیست‌محیطی فلزهای سنگین در آبراهه‌های خاور و جنوب‌خاور معدن روی- سرب انگوران، نمونه‌برداری از رسوبات آبراهه‌ای در 77 ایستگاه انجام شد؛ در این مرحله، حدود 500 گرم رسوب آبراهه‌ای از عمق 5 تا 15 سانتی‌متری در هر ایستگاهبرداشته شد و پس‌از الک‌کردن (جزء 80- مش)، خردکردن و آسیاب‌کردن نمونه‌ها، پودر حاصل به روش چهار اسید حل و با دستگاه ICP-OES در آزمایشگاه‌های سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی ایران تجزیه‌وتحلیل شد. عناصر مطالعه‌شده در پژوهش حاضر عبارتند از: آرسنیک، آنتیموان، کادمیوم، سرب، روی و کبالت. گفتنی است به‌منظور محاسبۀ شاخص غنی‌شدگی عناصر یادشده، عنصر آهن برای نرمال‌سازی تجزیه‌وتحلیل شد؛ همچنین به‌منظور کنترل نتایج تجزیه‌وتحلیل نمونه‌ها، تعداد 7 نمونۀ تکراری تجزیه‌وتحلیل شدند. حد پایین اندازه‌گیری آرسنیک برابر با 1 پی‌پی‌ام، آنتیموان برابر با 5/0 پی‌پی‌ام، عناصر کادمیوم، سرب، روی و کبالت برابر با 01/0 پی‌پی‌اموFeبرابر با 01/0 درصد بود.موقعیت ایستگاه‌های نمونه‌برداری همراه با موقعیت معادن روی- سرب انگوران و آهن میانج در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4- موقعیت جغرافیایی منطقۀ مطالعه‌شده و نقاط نمونه‌برداری
روش تحلیل داده‌ها
پس‌از دریافت نتایج تجزیه‌وتحلیل از آزمایشگاه، اقدام به پردازش آماری داده‌ها شد؛ به این منظور، پراسنجه‌های آماری نظیر میانگین، میانه، مد، انحراف معیار، چولگی، کشیدگی، دامنه، کمینه و بیشینه برای 6 عنصر مطالعه‌شده در 77 ایستگاه نمونه‌برداری‌شده با نرم‌افزار SPSS 22 انجام شدند (جدول 1). به‌منظور بررسی نرمال‌بودن توزیع داده‌ها از آزمون کولموگروف- اسمیرنف استفاده شد (Lashkari et al. 2016) و چنانچه داده‌ها نرمال نبودند، از روش تبدیل لگاریتم برای نرمال‌کردن آنها استفاده شد (Goovaerts 1997). به‌منظور بررسی میزان آلودگی رسوبات آبراهه‌ای به عناصر مطالعه‌شده در منطقه، از شاخص غنی‌شدگی و شاخص زمین‌انباشت استفاده شد (Çevik et al. 2009; Zhang et al. 2009)؛ شاخص غنی‌شدگی شدت تأثیر عامل خارجی بر رسوبات را بیان می‌کند (Zhang et al. 2009) و بنا به تعریف، شاخص غنی‌شدگی عنصری خاص در نمونه‌ای معین عبارتست از: نسبت آن عنصر در آن نمونه به غلظت میانگین همان عنصر در جامعه‌ای که نمونۀ مربوطه به آن تعلق دارد؛ با این شاخص می‌توان مقدار هر فلز را نسبت به مقدار آن در سنگ بستر مشخص کرد. رابطۀ 1 برای محاسبۀ شاخص غنی‌شدگی استفاده شد:
رابطۀ 1
در این رابطه، EF: شاخص غنی‌شدگی، M: مقدار عنصر فلزی و Fe: مقدار آهن در نمونۀ خاک یا رسوب و پوستۀ زمین است. در محاسبۀ شاخص غنی‌شدگی، معمولاً آهن دارای غلظت طبیعی زیادی است و ازاین‌رو، فلز نرمال‌کننده در نظر گرفته و استفاده می‌شود (Çevik et al. 2009).
شاخص زمینانباشتگی برای ارزیابی میزان آلودگی فلزهای سنگین در رسوبات به کار برده می‌شود (Bermejo et al. 2003). شاخص زمینانباشتگی برای رسوبات آبراهه‌ای پژوهش حاضر از رابطۀ 2 محاسبه شد.
رابطۀ 2
در این رابطه، Igeo: شاخص زمینانباشتگی، Cn: غلظت فلز در نمونۀ رسوب و Bn: غلظت میانگین فلز در پوستۀ زمین است. ضریب 5/1 برای حذف تغییرات احتمالی زمینه به‌علت اثر زمین‌شناختی اِعمال می‌شود (Chen et al. 2007; Gonzales-Macias et al. 2006).
به‌منظور پهنه‌بندی غلظت عناصر از روش‌های درون‌یابی وزن‌دهی فاصلۀ معکوس و تخمین پیکسلی استفاده شد. در روش وزن‌دهی عکس فاصله، فرض اساسی بر این است که میزان همبستگی و تشابه بین همسایه‌ها با فاصلۀ بین آنها متناسب است که می‌توان آن را به‌شکل تابعی با توان معکوس از فاصلۀ هر نقطه از نقاط همسایه تعریف کرد. در روش عکس فاصله، مقدار فاکتور وزنی به روش زیر محاسبه می‌شود:
رابطۀ 3 λi
در رابطۀ 3، : فاصلۀ بین نقطۀ برآوردشده و مقدار مشاهده‌شده در نقطۀ i است، α: توان معادله و n: تعداد نقاط مشاهده‌شده را نشان می‌دهد.
در زمینۀ نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای، درنظرگرفتن این نکته بسیار مهم است که هر نمونه تنها می‌تواند معرف محیط بالادست خود در حوضه باشد و نمی‌توان از آن برای تعیین و تعمیم مقدار آنها به محیط پایین‌دست محل برداشت نمونه استفاده کرد؛ به عبارت دیگر، این نمونه‌ها ماهیت برداری به‌سمت انتهای حوضه‌های آبریز خود دارند و این مطلبی است که در روش‌های تخمین در نظر گرفته نمی‌شود. در این روش‌ها، از مقدارهای تمام نمونه‌های اطراف یک نقطه برای تخمین آن استفاده می‌شود که با ماهیت نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منافات دارد. به‌منظور رفع مشکل یادشده، کارشناسان بخش ژئوشیمی بخش امپریال کالج لندن روش تخمین شبکهای را ارائه کرده‌اند (Earle 1978). الگوریتم یادشده به‌شکلی طراحی شده است که اثر ماهیت برداری را در تخمین به حساب می‌آورد. روش تخمین شبکهای شامل چند بخش است: در مرحلۀ اول، کل سطح منطقۀ مطالعه‌شده با شبکهای مربعی سلول‌بندی می‌شود و اندازۀ سلول‌ها تابع مقیاس کار، دقت مدنظر و میزان تغییرپذیری متغیرها است؛ در مرحلۀ دوم، حوضۀ آبریز بالادست هر نمونه مشخص می‌شود؛ به‌منظور مشخص‌کردن حوضۀ آبریز بالادست هر نمونه می‌توان از شکل‌های مختلفی ازجمله پلی‌گون، بیضی، مثلث یا قطاعی از دایره استفاده کرد. مشخص‌کردن حوضۀ آبریز با پلی‌گون بیشترین انطباق با حوضۀ آبریز را ایجاد می‌کند. ابعاد هر سلول باتوجهبه دقت کار و مقیاس نقشه تعیین می‌شوند و با کوچک‌ترکردن ابعاد هر سلول که موجب افزایش تعداد آنها در نقشه می‌شود، علاوه‌بر دقت بیشتر، نمایش بهتری از شیوۀ توزیع عناصر به دست می‌آید و نقشه‌ها با دقت بیشتری محدودۀ توزیع عناصر را معرفی می‌کنند. ضریب‌ها برای هر سلول باتوجهبه شبکۀ آبراهه‌ها و محل برداشت نمونه‌ها به دست می‌آیند؛ این ضریب‌ها تنها بر اساس شکل حوضه‌های آبریز و محل برداشت نمونه‌ها و مستقل از میزان عیار عناصر مختلف در نمونه‌ها هستند. ضریب نهایی برای سلول‌های نقشه در هر نمونه از معدل‌گیری بین ضرایب به دست می‌آید. درنظرگرفتن داده‌های حاصل از رسوبات آبراهه‌ای از مزیت‌های روش برداری است که این داده‌ها را به بالادست هر نمونه نسبت می‌دهد و همچنین، پوشش صحیح حوضۀ آبریز از ویژگی‌های خوب این روش است (Rafiee 2005).
پس‌از اینکه پلی‌گون‌های مربوط به 77 نمونۀ موجود بر اساس حوضۀ آبریز آن رسم شدند، تعداد 21529 سلول 100×100 مترمربعی برای مشخص‌کردن کل محدودۀ تحت‌پوشش در نظر گرفته شد. این فرایند برای داده‌های خام، شاخص غنی‌شدگی و شاخص زمینانباشتگی انجام شد و نتایج برای ترسیم نقشه‌های توزیع این عناصر و پراسنجه‌ها استفاده شدند.
تحلیل داده‌ها
به‌منظور تفسیر داده‌های حاصل از تجزیه‌وتحلیل نمونه‌ها می‌بایست عملیات آماری روی آنها انجام و ماهیت تابع آنها مشخص شود؛ بنابراین، گام نخست پیش از پردازش داده‌ها، محاسبۀ شاخص‌های آماری داده‌های خام و شناخت ماهیت تابع توزیع مربوط به تک‌تک عناصر است. آزمون کولموگروف- اسمیرنوف برای بررسی توزیع نرمال داده‌ها استفاده شد و نتایج نشان دادند به‌جز دو عنصر کبالت و مس، سایر عناصر توزیع نرمال ندارند. چکیدۀ آماری داده‌های تجزیۀ شیمیایی غلظت فلزهای سنگین در منطقۀ مطالعه‌شده در جدول 1 آورده شده است. بر اساس این جدول و مقایسۀ نتایج آن با مقدارهای میانگین پوستۀ قاره‌ای بالایی (Wedepohl 1995) مشخص شد در منطقۀ مطالعه‌شده، محتوای عناصر آرسنیک، آنتیموان، کادمیوم، سرب و روی نمونه‌های رسوب آبراهه‌ای بیشتر از میانگین پوستۀ قاره‌ای بالایی و تنها مقدار کبالت کمتر از میانگین پوستۀ قاره‌ای بالایی است. باتوجهبه نرمال‌نبودن تابع توزیع برخی از عناصر مطالعه‌شده، روش اسپیرمن بـرای مشخص‌کردن همبستگی بین عناصر مدنظر استفاده شد (جدول 2). روش اسپیرمن نسبت به تابع توزیع حساس نیست و تأثیرپذیری کمتری نسبت به کرانـه‌هـای بالا و پایین داده‌ها دارد. نتایج بررسی همبستگی نشان دادند کبالت عملاً با سایر عناصر همبستگی ندارد و عناصر دیگر دارای همبستگی مثبت متوسط تا بسیار قوی با یکدیگر هستند (جدول 2).
جدول 1- پراسنجه‌های آماری محاسبه‌شده برای عناصر تحلیل‌شده در منطقۀ مطالعه‌شده. مقدار عناصر بر حسب گرم در تن است. میانگین پوستۀ قاره‌ای بالایی از ودپل (Wedepohl 1995) اقتباس شده است.
|
As |
Sb |
Cd |
Co |
Pb |
Zn |
|
|
77 |
77 |
77 |
77 |
77 |
77 |
تعداد نمونه |
|
81/89 |
67/6 |
46/10 |
69/18 |
83/659 |
32/1189 |
میانگین |
|
28 |
50/2 |
66/0 |
51/18 |
15/45 |
53/117 |
میانه |
|
25 |
50/1 |
35/0 |
39/5 |
2000 |
6000 |
نما |
|
73/198 |
30/17 |
40/35 |
78/7 |
17/2479 |
29/4797 |
انحراف استاندارد |
|
95/39493 |
37/299 |
13/1253 |
53/60 |
38/6164278 |
35/23014001 |
واریانس |
|
71/5 |
01/7 |
83/5 |
21/1 |
66/6 |
26/7 |
چولگی |
|
16/39 |
24/55 |
10/40 |
87/4 |
12/50 |
04/58 |
کشیدگی |
|
1545 |
80/144 |
88/271 |
69/49 |
04/199086 |
97/39943 |
دامنه |
|
5 |
20/0 |
12/0 |
39/5 |
96/13 |
03/56 |
حداقل |
|
1550 |
145 |
272 |
09/55 |
20000 |
40000 |
حداکثر |
|
7/1 |
3/0 |
1/0 |
24 |
8/14 |
65 |
میانگین پوستۀ قاره‌ای بالایی |
جدول 2- همبستگی رتبه‌ای اسپیرمن بین غلظت عناصر سنگین در نمونه‌های محدودۀ مطالعه‌شده
|
Cd |
Zn |
Pb |
As |
Sb |
Co |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Co |
||
|
|
|
|
|
1 |
16/0 |
Sb |
||
|
|
|
|
1 |
86/0 |
15/0 |
As |
||
|
|
|
1 |
55/0 |
47/0 |
03/0 |
Pb |
||
|
|
1 |
8/0 |
58/0 |
54/0 |
08/0 |
Zn |
||
|
1 |
74/0 |
86/0 |
65/0 |
6/0 |
03/0- |
Cd |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
نرم‌افزار ArcGIS10.3 و روش کوکریجینگ برای ترسیم نقشه‌های پراکنش فلزها استفاده شدند. به‌منظور بررسی میزان آلودگی خاک و رسوبات آبراهه‌ای به فلزهای سنگین در منطقه، بهتر است غلظت فلزهای منطقه با استاندارد شناخته‌شده مقایسه شود؛ در پژوهش حاضر، میانگین جهانی پوستۀ قاره‌ای بالایی (Wedepohl 1995) استفاده شد.
بیشترین مقدار سرب در نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده برابر با 20000 گرم در تن و میانگین غلظت آن 83/659 گرم در تن بود؛ درحالیکه میانگین جهانی سرب در پوستۀ قاره‌ای بالایی حدود 8/14 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995). نقشۀ پراکنش سرب در منطقۀ مطالعه‌شده (شکل 5) بیشترین تمرکز سرب را در بخش‌های شمالی و شمال‌خاوری منطقه و در حوضۀ زهکشی اللهلوچای (حوضۀ زهکشی مستقیم معدن روی- سرب انگوران) و کمترین غلظت سرب را در بخش‌های باختری منطقه و در آبراهه‌های باختری و جنوبی حوضۀ آبریز کاکارود نشان می‌دهد.
بیشترین مقدار روی در نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده برابر با 40000 گرم در تن و میانگین غلظت آن 32/1189 گرم در تن بود؛ این در حالیست که میانگین جهانی روی در پوستۀ قاره‌ای بالایی حدود 65 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995). نقشۀ پراکنش روی در منطقۀ مطالعه‌شده (شکل 5) بیشترین غلظت روی را در بخش‌های شمالی و شمال‌خاوری منطقه و در حوضۀ زهکشی اللهلوچای و کمترین غلظت روی را در بخش‌های میانی و باختری منطقه، در نمونه‌های برگرفته از انشعابات حوضۀ کاکارود، نشان می‌دهد.
بیشترین مقدار کادمیوم در نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده برابر با 272 گرم در تن و میانگین غلظت آن 46/10 گرم در تن بود؛ درحالیکه میانگین جهانی کادمیوم در پوستۀ قاره‌ای بالایی 1/0 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995) و درنتیجه، میزان کادمیوم از متوسط جهانی بسیار بیشتر است. در نقشۀ پراکنش کادمیوم در منطقۀ مطالعه‌شده (شکل 5)، بیشترین تمرکز کادمیوم در بخش‌های شمالی و شمال‌خاوری منطقه، در حوضۀ آبریز اللهلوچای و کمترین غلظت کادمیوم در بخش‌های شمالباختری، باختری و مرکزی منطقه، در امتداد حوضۀ آبریز کاکارود، مشاهده می‌شود.
بیشترین مقدار آنتیموان در رسوبات آبراهه‌ای برداشتهشده برابر با 145 گرم در تن و میانگین غلظت آن 67/6 گرم در تن بود؛ این در حالیست که میانگین جهانی آنتیموان در پوستۀ قاره‌ای بالایی حدود 3/0 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995). نقشۀ پراکنش آنتیموان در منطقۀ مطالعه‌شده (شکل 5) بیشترین مقدار آنتیموان را در بخش‌های شمال و شمال‌خاوری محدوده و در امتداد حوضۀ آبریز اللهلوچای نشان می‌دهد؛ در بخش‌های جنوبی منطقه و اطراف معدن آهن میانج نیز تمرکزهای زیادی از آنتیموان مشاهده می‌شوند (شکل 5). کمترین غلظت آنتیموان در بخش‌های مرکزی و شمالباختری منطقه (حوضۀ آبریز کاکارود) مشاهده می‌شود (شکل 5).
شکل 4- نقشۀ پهنه‌بندی عناصر سرب، روی، کادمیوم، آنتیموان، آرسنیک و کبالت در محدودۀ مطالعه‌شده
بیشترین مقدار آرسنیک در رسوبات آبراهه‌ای برداشتهشده برابر با 150 گرم در تن و میانگین غلظت آن 89/81 گرم در تن بود؛ این در حالیست که میانگین جهانی آرسنیک در پوستۀ قاره‌ای بالایی حدود 7/1 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995) و درنتیجه، میزان آرسنیک از متوسط جهانی بسیار بیشتر است. در نقشۀ پراکنش آرسنیک (شکل 5)، بیشترین مقدار آرسنیک در بخش‌های شمالی و شمال‌خاوری محدوده، در امتداد رودخانۀ اللهلوچای و کمترین غلظت آرسنیک در بخش‌های مرکزی و شمالباختری منطقه (حوضۀ آبریز کاکارود) مشاهده می‌شود (شکل 5).؛ در بخش‌های جنوبی منطقه و اطراف معدن آهن میانج نیز تمرکزهای زیادی از آرسنیک مشاهده می‌شوند (شکل 5).
بیشترین مقدار کبالت در نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده برابر با 09/55 گرم در تن و میانگین غلظت آن 69/18 گرم در تن بود؛ درحالیکه میانگین جهانی کبالت در پوستۀ قاره‌ای بالایی حدود 24 گرم در تن ثبت شده است (Wedepohl 1995). در نقشۀ پراکنش کبالت در منطقۀ مطالعه‌شده (شکل 5)، بیشترین تمرکز کبالت در بخش‌های میانی و جنوبی محدوده، در امتداد حوضۀ آبریز کاکارود و اطراف معدن آهن میانج است و در بخش‌های شمالباختری و شمالی محدوده نیز گستره‌های محدودی از تمرکز زیاد کبالت مشاهده می‌شوند (شکل 5). کمترین غلظت کبالت در بخش‌های شمالباختری، شمال‌خاوری و جنوب‌خاوری محدوده دیده می‌شود (شکل 5).
نتایج تجزیۀ خوشه‌ای نشان دادند عناصر سرب، روی، آرسنیک، کادمیوم و آنتیموان در یک شاخه قرار می‌گیرند که نشان از همبستگی زیاد این عناصر دارد و عنصر کبالت در شاخۀ مجزای دیگری قرار می‌گیرد. باتوجهبه شیوۀ توزیع و تمرکز عناصر سرب، روی، کادمیوم، آرسنیک و آنتیموان، می‌توان گفت غلظت‌های زیاد این عناصر در حوضۀ آبریز اللهلوچای با کانی‌سازی روی- سرب معدن انگوران مرتبط و فعالیت‌های معدنی در این کانسار بر گسترش پراکندگی این عناصر به منطقه‌های دور از کانی‌سازی مؤثر بوده است. غلظت‌های زیاد آرسنیک و آنتیموان در بخش جنوبی منطقه و در مجاورت معدن آهن میانج نیز با دگرسانی‌ها و کانی‌سازی‌های غنی از پیریت این منطقه مرتبط است و به‌طورعمده منشأ زمین‌زاد دارد. باتوجهبه پتانسیل زیاد بخش جنوبی محدوده برای کانی‌سازی آهن (حضور معدن آهن میانج) و همچنین واحدهای سنگی مافیک شامل آمفیبولیت و آمفیبول شیست در این منطقه‌ها، غلظت زیاد کبالت در این منطقه‌ها را می‌توان مرتبط با کانی‌سازی و زمین‌شناسی منطقه در نظر گرفت.
به‌منظور بررسی درجۀ آلودگی رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده به فلزهای سنگین، از شاخص غنی‌شدگی و شاخص زمینانباشتگی استفاده شد. بر اساس شاخص غنی‌شدگی، پنج دسته آلودگی مشخص شد که در جدول 3 نمایش داده شده‌اند (Yongming 2006).
جدول 3- دسته‌بندی رده‌های آلودگی برای شاخص غنی‌شدگی (Yongming 2006)
|
EF
|
سطح آلودگی |
|
۲> |
تهی تا کمی غنی‌شده |
|
۵-۲ |
نسبتاً غنی‌شده |
|
۲۰-۵ |
غنی‌شدگی درخور توجه |
|
۴۰-۲۰ |
به‌شدت غنی‌شده |
|
>۴۰ |
بی‌نهایت غنی‌شده |
نقشه‌های ترسیمی برای شاخص غنی‌شدگی (شکل 6) بر اساس تخمین پیکسلی انجام‌شده روی همین شاخص غنی‌شدگی نمونه‌ها ترسیم شدند.
باتوجهبه نقشۀ پهنه‌بندی سرب، نمونه‌های مربوط به بخش‌های باختری و جنوبی منطقه دارای شاخص غنی‌شدگی کمتر از 2 هستند و نمونه‌های تهیشده تا کمی غنی‌شده محسوب می‌شوند و این در حالیست که در حوزۀ زهکشی مرتبط با معدن انگوران (رودخانۀ اللهلوچای، شمال‌خاور منطقه)، غنی‌شدگی سرب به محدودۀ بی‌نهایت غنی‌شده (بیشتر از 40) می‌رسد (شکل 6). نقشۀ توزیع عنصر روی نشان می‌دهد بخش عمدۀ منطقه (بخش باختری و جنوبی) دارای غنی‌شدگی کمتر از 5 است (تهیشده تا نسبتاً غنی‌شده) و این در حالیست که نمونه‌های بخش شمالی و شمال‌خاوری (حوزۀ زهکشی اللهلوچای) به‌طور عمده در ردۀ به‌شدت غنی‌شده تا بی‌نهایت غنی‌شده (بیشتر از 20) قرار می‌گیرند (شکل 6)؛ به عبارت دیگر، آبراهه‌های منشعب از معدن روی- سرب انگوران بیشترین مقدار غنی‌شدگی را دارند. باتوجهبه نقشۀ توزیع شاخص غنی‌شدگی عنصر کادمیوم، تمام محدودۀ آبریز اللهلوچای به‌شدت غنی‌شده تا بی‌نهایت غنی‌شده (بیشتر از 20) است (شکل 6) و کمترین مقدار غنی‌شدگی کادمیوم در بخش‌های باختری منطقه مشاهده می‌شود. نقشۀ توزیع شاخص غنی‌شدگی آنتیموان نشان می‌دهد این عنصر در حوضۀ زهکشی اللهلوچای در محدودۀ به‌شدت غنی‌شده تا بی‌نهایت غنی‌شده (بیشتر از 20) قرار دارد و این در حالیست که حوضۀ کاکارود کمترین مقدار غنی‌شدگی را دارد و در محدودۀ تهیشده تا نسبتاً غنی‌شده (کمتر از 2) قرار می‌گیرد (شکل 6). در آبراهه‌های جنوبی محدوده نیز چند نمونه دارای شاخص غنی‌شدگی در محدودۀ به‌شدت غنی‌شده تا بی‌نهایت غنی‌شده هستند (شکل 6). باتوجهبه نقشۀ توزیع آرسنیک، تمام منطقه دارای شاخص غنی‌شدگی به‌شدت غنی‌شده تا بی‌نهایت غنی‌شده است (بیشتر از 20) و حوضۀ زهکشی اللهلوچای دارای بیشترین غنی‌شدگی و حوضۀ کاکارود دارای کمترین غنی‌شدگی است (شکل 6). در نقشۀ توزیع شاخص غنی‌شدگی کبالت، تمام نمونه‌های برداشتهشده در محدودۀ تهیشده تا کمی غنی‌شده (کمتر از 2) قرار می‌گیرند. بیشترین غنی‌شدگی این عنصر (25/1-84/0) را می‌توان در نمونه‌های مربوط به شمال و شمال‌خاور منطقۀ مطالعه‌شده و در اطراف معدن سرب- روی انگوران (بخش‌های بالادست رودخانۀ اللهلوچای) مشاهده کرد (شکل 6).
شکل 6- نقشۀ توزیع شاخص غنی‌شدگی عناصر سرب، روی، کادمیوم، آنتیموان، آرسنیک و کبالت در نمونه‌های محدودۀ مطالعه‌شده
بهطورکلی، بررسی شاخص غنی‌شدگی نشان داد بیشترین غنی‌شدگی در محدودۀ مطالعه‌شده به عناصر سرب، روی، آرسنیک، آنتیموان و کادمیوم تعلق دارد که بر حوضۀ زهکشی معدن روی- سرب انگوران (اللهلوچای) متمرکز است. غنی‌شدگی و تمرکزهای زیاد این عناصر در منطقۀ مطالعه‌شده عمدتاً منشأ زمین‌زاد دارد و با پهنه‌های کانه‌زایی و دگرسانی مرتبط است؛ ولی فعالیت استخراجی در معدن انگوران و دپوهای باطلۀ مواد معدنی در بالادست حوضۀ اللهلوچای به افزایش تمرکز این عناصر منجر شده است.
شاخص ضریب انباشت دارای هفت رده از آلودگی است که بر اساس مقدارهای آن، رسوبات از غیرآلوده تا به‌شدت آلوده طبقه‌بندی می‌شوند (جدول 4، Abrahim and Parker 2008).
جدول 4- دسته‌بندی رده‌های آلودگی برای شاخص زمینانباشتگی (Abrahim and Parker 2008)
|
وضعیت آلودگی |
|
|
بی‌نهایت آلوده |
>5 |
|
بی‌نهایت آلوده تا به‌شدت آلوده |
5-4 |
|
به‌شدت آلوده |
4-3 |
|
آلودگی متوسط تا شدید |
3-2 |
|
نسبتاً آلوده |
2-1 |
|
غیرآلوده تا نسبتاً آلوده |
1-0 |
|
غیرآلوده |
0> |
نقشه‌های ترسیمی برای شاخص زمین‌انباشت (شکل 7) بر اساس تخمین پیکسلی انجام‌شده روی همین شاخص زمین‌انباشت نمونه‌ها ترسیم شدند. باتوجهبه نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی عنصر سرب، بخش عمدۀ منطقه در ردۀ غیرآلوده تا آلودگی متوسط قرار دارد. بیشترین شاخص زمینانباشتگی در بخش‌های شمالی و شمال‌خاور منطقه و در حوضۀ زهکشی اللهلوچای (مشتق از معدن روی- سرب انگوران) مشاهده می‌شود (شکل 7)؛ این منطقه ازنظر شاخص زمینانباشتگی در محدودۀ بهنسبت آلوده تا آلودگی شدید قرار دارد. بر اساس نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی عنصر روی، بخش‌های مرکزی، جنوبی و باختری منطقه ازنظر شاخص زمینانباشتگی، غیرآلوده تا بهنسبت آلوده هستند. بیشترین تمرکز شاخص زمینانباشتگی روی در بخش‌های شمالی و شمال‌خاوری منطقه و در حوضۀ زهکشی اللهلوچای متمرکز است (شکل 7) که در ردۀ بهنسبت آلوده تا آلودگی شدید قرار می‌گیرند. نقشۀ توزیع شاخص ضریب‌انباشتگی روی هم‌پوشانی درخور توجهی با شاخص ضریب انباشتگی سرب در منطقه دارد. در نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی عنصر کادمیوم، بخش عمدۀ منطقه (بخش‌های مرکزی، جنوبی و باختری) شاخص ضریب انباشتگی کمتر از 1 دارد و در ردۀ بدون آلودگی تا بهنسبت آلوده قرار می‌گیرد. بیشترین تمرکز آلودگی در بخش‌های شمالی و شمال‌خاور منطقه و در حوضۀ اللهلوچای مشاهده می‌شود (شکل 7) که در ردۀ بهنسبت آلوده تا آلودگی شدید قرار می‌گیرند. باتوجهبه نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی عنصر آنتیموان، بخش‌های جنوب‌خاوری، مرکزی، باختری و شمالباختری منطقه (حوضۀ کاکارود) در ردۀ زمین‌انباشت غیرآلوده تا نسبتاً آلوده قرار می‌گیرند. بخش‌های شمالی منطقه و حوضۀ آبریز اللهلوچای شاخص ضریب‌انباشت بیشتری دارند و در ردۀ بهنسبت آلوده تا آلودگی شدید قرار می‌گیرند (شکل 7). در بخش‌های جنوبی منطقه و در خاور معدن آهن میانج، آبراهه‌ای دارای شاخص ضریب‌انباشت بیشتر است و در ردۀ آلودگی متوسط تا شدید واقع می‌شود (شکل 7). بر اساس نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی عنصر آرسنیک، بیشترین تمرکز آلودگی در بخش‌های شمالی و شمال‌خاور محدوده و در نمونه‌های برداشتهشده از حوضۀ اللهلوچای است؛ این منطقه ازنظر شاخص زمینانباشتگی آرسنیک در ردۀ آلودگی متوسط تا شدید قرار می‌گیرد. حوضۀ زهکشی مربوط به رودخانۀ کاکارود در بخش‌های مرکزی، باختری و جنوب‌خاوری دارای کمترین شاخص ضریب‌انباشتگی آرسنیک است (شکل 7) و در ردۀ غیرآلوده تا بهنسبت آلوده قرار می‌گیرد. در بخش‌های جنوبی منطقه و در مجاورت معدن آهن میانج نیز شاخص ضریب‌انباشت بیشتری مشاهده می‌شود (شکل 7) که در ردۀ بهنسبت آلوده تا آلودگی شدید واقع می‌شوند. در نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی کبالت، بیشترین شاخص زمین‌انباشت به بخش‌های جنوبی منطقه شامل آبراهه‌های جنوبی حوضۀ آبریز کاکارود و آبراهه‌های اطراف معدن آهن میانج مربوط می‌شود که در ردۀ غیرآلوده تا بهنسبت آلوده قرار می‌گیرند (شکل 7) و بخش‌های دیگر منطقه در محدودۀ غیرآلوده واقع می‌شوند (شکل 7).
شکل 7- نقشۀ توزیع شاخص زمینانباشتگی برای عناصر سرب، روی، کادمیوم، آنتیموان، آرسنیک و کبالت در نمونه‌های محدودۀ مطالعه‌شده
بررسی شاخص زمینانباشتگی نشان داد بیشترین آلودگی در محدودۀ مطالعه‌شده به عناصر سرب، روی، آرسنیک، آنتیموان و کادمیوم تعلق دارد و بر حوضۀ زهکشی معدن روی- سرب انگوران (اللهلوچای) متمرکز است. شاخص زمین‌انباشت زیاد در حوضۀ یادشده علاوه‌بر بی‌هنجاری طبیعی و زمین‌زادبودن آنها درارتباطبا پهنه‌های کانه‌زایی و دگرسانی، درنتیجۀ فعالیت‌های استخراجی در معدن انگوران و دپوهای باطلۀ مواد معدنی در بالادست این حوضه تشدید شده است.
نتیجه
عیار متوسط آرسنیک، آنتیموان، کادمیوم، کبالت، سرب و روی در نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ خاور و جنوب‌خاور معدن انگوران بهترتیب برابر با 81/89، 67/6، 46/10، 69/18، 83/659 و 32/1189 گرم در تن و به‌جز عنصر کبالت، غلظت سایر عناصر شامل آرسنیک، آنتیموان، کادمیوم، سرب و روی در مقایسه با میانگین جهانی (متوسط پوستۀ قاره‌ای بالایی) بیشتر است. میانگین غلظت دو عنصر سرب و روی در رسوبات آبراهه‌ای بسیار بیشتر از غلظت این عناصر در پوستۀ قاره‌ای بالایی است. در مطالعه‌های قشلاقی و همکارن (Qishlaqi et al. 2010) نیز محتوای زیاد کادمیوم (3 تا 88 گرم در تن با میانگین 18 گرم در تن) در خاک زمین‌های پایین‌دست معدن انگوران به دست آمده است. مطالعه‌های عبدالهی و همکاران (Abdollahi et al. 2013) نیز نشان‌دهندۀ تمرکزهای زیاد سرب، روی و کادمیوم بهترتیب برابر با 838-19، 942-17 و 31-1 گرم در تن (با میانگین بهترتیب 78، 115 و 72/3 گرم بر تن) در خاک‌های منطقۀ انگوران و اطراف شهر دندی است. قدیمی و نباتیان (Ghadimi and Nabatian 2014) نیز اعتقاد دارند میزان آلودگی‌های آب و خاک در کانسار انگوران نسبت به سایر منطقه‌ها زیاد است. نقشه‌های پراکنش عناصر در منطقۀ مطالعه‌شده نشان می‌دهند بی‌هنجاری‌های عناصر بیشتر در بخش‌های شمالی و شمال‌خاور تمرکز دارند؛ همچنین نقشه‌ها نشان می‌دهند به‌هنجاری‌های عناصر سرب، روی، کادمیوم، آرسنیک و آنتیموان هم‌پوشانی دارند و علت هم‌پوشانی این عناصر را می‌توان مرتبط با کانه‌زایی معدن روی- سرب انگوران و فعالیت‌های معدنی در این کانسار در نظر گرفت. بررسی شاخص غنی‌شدگی نشان داد بیشترین غنی‌شدگی در محدودۀ مطالعه‌شده به عناصر سرب، روی، آرسنیک، آنتیموان و کادمیوم مربوط است؛ همچنین ازنظر شاخص زمینانباشتگی، عناصر آرسنیک، کادمیوم، سرب و روی سبب آلودگی بیشتر منطقۀ مطالعه‌شده و به‌ویژه بخش‌های خاوری و شمال‌خاوری منطقه (حوضۀ آبریز اللهلوچای) شده‌اند.
بهطورکلی، تجزیه‌وتحلیل نمونه‌های برداشتهشده از رسوبات آبراهه‌ای منطقۀ مطالعه‌شده گویای اینست که بخشی از منشأ غلظت عناصر بررسی‌شده، طبیعی (زمین‌زاد) و درارتباطبا کانی‌سازی‌ها، دگرسانی‌ها و واحدهای سنگی مستعد تمرکزهای زیاد عناصر یادشده است؛ هرچند وجود فعالیت‌های استخراجی در معدن روی- سرب انگوران، فرسایش سنگ‌های معدنی و فروشویی خاک و دپوهای باطله سبب افزایش غلظت فلزهای سنگین و دو شبه‌فلز آرسنیک و آنتیموان و ورود آنها به آب‌های منطقه و گسترش تمرکز عناصر یادشده به بخش‌های دیگر منطقه (شمال‌خاور و حوضۀ آبریز اللهلوچای) و دور از منطقۀ کانی‌سازی شده است. این نتایج با یافته‌های قدیمی و نباتیان (Ghadimi and Nabatian 2014) مطابفت دارند؛ پژوهشگران یادشده اعتقاد دارند آب رودخانه‌های منطقه در بالادست معدن انگوران شاخصی از آلایندگی عناصر Pb، Zn، As و Cd را نشان نمی‌دهند، بلکه ترکیب آنها با عبور از محل معدن و کارخانجات فرآوری به‌طور ناگهانی به‌سمت آلایندگی تغییر می‌کند و میزان آلودگی‌های آب و خاک در منطقۀ انگوران رابطۀ معکوسی با فاصله‌گرفتن از کانسار نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که در فواصل دور از معدن، کیفیت آب‌های سطحی و زیرزمینی دوباره بهبود می‌یابد. قشلاقی و همکاران (Qishlaqi et al. 2010) تمرکز زیاد کادمیوم در خاک زمین‌های پایین‌دست معدن انگوران را مرتبط با فعالیت‌های استخراجی و حجم زیاد باطله‌های معدنی در اطراف معدن در نظر گرفته‌اند.
راهکارهای زیر برای کاهش میزان انتشار فلزهای سنگین در خاک و رسوبات آبراهه‌ای و جلوگیری از آثار سوء فلزهای سنگین بر محیط‌زیست این منطقه پیشنهاد می‌شوند: 1- پایش مستمر و دوره‌ای فلزهای سنگین در منابع آبی، خاک و گیاهان منطقۀ مطالعه‌شده؛ 2-رعایت تمام اصول زیست‌محیطی هنگام فعالیت‌های معدنی (اکتشافی و استخراجی) در منطقۀ مطالعه‌شده به‌منظور جلوگیری از انتشار فلزهای سنگین؛ 3- جلوگیری از راه‌یافتن زهاب معادن به آبراهه‌ها؛ 4- رهانکردن معادن بدون استفاده و به‌کارگیری برنامه‌های کارشناسی‌شده برای تغییر کاربری در راستای حفظ محیط‌زیست و پیشگیری از ایجاد آلودگی؛ 5- بررسی کارشناسانۀ باطله‌ها به‌عنوان منبع تجمع فلزهای سنگین در خاک‌های سطحی محدودۀ معادن و ارائۀ راهکارهایی برای جلوگیری از نفوذ و انتشار آلودگی به لایه‌های زیرین خاک و آبراهه‌ها.
)
