نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار گروه آبشناسی و زمین شناسی زیست محیطی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
2 دانشیار گروه آبشناسی و زمین شناسی زیست محیطی-دانشکده علوم زمین-دانشگاه صنعتی شاهرود-شاهرود-ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
In order to study the environmental characteristics of Semnan spas, water, sediment, and slime samples were collected. The concentration of Ag, As, Cd, Pb and Zn (0.7, 33, 0.4, 128.5, and 297 mg/kg, respectively) in the sediment samples are much higher than their respective values in mean crust and mean sediment compositions. The sediments are not enriched in Mo, Ni, Th, Co, Cr, Mn, Fe and U, while moderately enriched in Sb and Cu, significantly enriched in Cd, As, Zn and Pb, and highly enriched in Ag. The Bioconcentration Factor (BCF) values of As, Mn, Cu, Ni, Pb and Zn in slime samples are very high (1286, 2863, 2340, 1053, 1236, and 976, respectively). The water samples are classified as neutral-high-metal, and the concentrations of B, Li, Ba, Zn, Pb, Se, Cu, As, Ni and Mn in all samples are higher than their mean concentrations in unpolluted natural waters. The values of Contamination Degree (Cd) and Heavy Metal Pollution Index (HPI) in all samples are higher than 3 and 75, respectively, confirming the high level of pollution in the samples. The Water Hazard Index (WHI) values of the studied samples are lower than 5, indicating the non-toxicity of the target elements. The high concentration of potentially toxic elements in water, sediments and slime samples of Semnan Spa should be taken into account by people who use the Semnan spas for therapeutic purposes.
Keywords: Pollution, Balneology, Spa, Semnan
Introduction
Balneology is considered a simple, pleasant and safe cure for some health issues, and usually is regarded as a treatment with no side impacts. This treatment is based on the probable positive biological impacts of mineral waters and hot springs on the health status (Mirhosseini et al. 2015). A wide range of diseases including rheumatism, gout, high levels of blood lipids, premature aging, chronic spine pain, osteoarthritis, and skin problems can be improved using this method. The therapeutic mechanisms of mineral waters are still not well known, but probably a combination of chemical, thermal, mechanical, immunological and psychological effects are involved (Toth et al. 2015).
Semnan Spa complex, 21 Km northwest of Semnan, is located in the Alborz structural zone of Iran. The oldest rock unit exposed in the study area is the Lower to Middle Triassic limestone-dolomite of the Elica Formation, which is overlaid by the shale, marl and sandstone strata of the Upper Triassic-Middle Jurassic Shemshak Group/Formation. This succession is covered by the Middle to Upper Jurassic Lar Formation which consists of limestone-dolomite rock units, and is underlined by conglomerate and red sandstone of the Paleocene-Eocene Fajan Formation as well as the Quaternary alluvial deposits. The Elika and Lar formations are exposed at high altitudes and are considered optimal sources for groundwater recharge (Karimi et al. 2017). Because the impermeable Shemshak Group/Formation is located between the Elika and Lar formations, there is no hydraulic connection between these two carbonate aquifers. Moreover, the main aquifer of the area, which is located in thick dolomite layers of the Lar Formation, is covered by thick and impermeable layers of the Fajan Formation; thus, the aquifer is confined.
The present study aims to investigate the geochemistry of water, sediment and slime of the Semnan spas. For this purpose, the concentration of major ions in the water samples and the contents of potentially toxic elements in water, sediment and slime samples were measured. Considering the possible negative impacts of human exposure to excessive amounts of toxic elements, this study deems of crucial importance.
Material & Methods
To study the hydrogeochemical characteristics of the Semnan spas, water samples were collected from five spas in the study area in the wet (February 2019) and dry (September 2019) seasons. In each sampling site, two polyethylene bottles were filled with water samples (one for major ion concentrations and the other for potentially toxic element contents). pH, temperature and electrical conductivity (EC) of the samples were recorded in the field using a calibrated YK-2001CT pH-EC meter. Five sediment and slime samples were also collected using a stainless steel shovel. The collected samples were stored in polyethylene bags and were kept at 4°C until chemical analyses. The concentration of Na and K was determined using flame photometry, the concentration of HCO3, Cl, Ca and Mg was measured by titration method, and the content of SO4 was obtained using a spectrophotometer. Total Dissolved Solid (TDS) values were measured using the filtration method. The concentration of potentially toxic elements was measured after passing the water samples through a 0.45 μm filter. The filtered water samples were acidified (pH 2) using a few drops of concentrated nitric acid. The concentration of potentially toxic elements was measured using the ICP-MS device. After drying at room temperature, the sediment samples were passed through a 63 μm sieve. The slime samples were oven-dried at 37°C and then were powdered using a ceramic mortar. In the next step, the slime samples were then passed through a 63 μm sieve. The sediment and slime samples were digested by the mixtures of concentrated (HF+HClO4+HNO3+HCl) and (HNO3+HClO4) mixtures, respectively. The concentration of major and trace elements in sediment and slime samples was measured using an ICP-MS device at the Isfahan University of Technology.
Discussion of Results & Conclusions
EC values of the water samples vary between 17230 (SP3 in the wet season) and 23460 μS/cm (SP4 in the wet season). TDS of the water samples changes in the range of 11100 mg/L (SP2 in the dry season) to 16200 mg/L (SP5 in the wet season). The pH of the water samples varies between 6.4 (SP4 in the wet season) and 7.9 (SP1 in the dry season) and the temperature is between 21.5°C (SP3 in the wet season) and 41°C (SP4 in the dry season). While there is no noticeable variation in the values of EC and TDS in the dry and wet seasons, the recorded temperature and pH values of the water samples collected in dry season are higher, which is probably due to the release of acidic gases (carbon dioxide) in high-temperature conditions of the dry season. Based on the hydrochemical data, Cl and Na are the most dominant ions in the studied samples. On the basis of the average values, the order of abundance of major cations and anions follows the order of Na > Ca > Mg > K and Cl > SO4 > HCO3, respectively. There is a clear difference in the concentration of Cl and Na in dry and wet seasons, which is probably due to the increase in water temperature in the dry season. Plotting the major ion values on the Piper diagram indicates that the studied samples are of Cl type and Na facies. The presence of strong acids (chlorine ions) may enhance the solubility of metals in water samples. In all samples, the predominance of Na and K over Ca, and the predominance of Mg over Ca is evident. The predominance of Na over Ca and Mg indicates that sodium originates from halite dissolution or silicate hydrolysis (Hounslow 1995). The predominance of Cl in the studied samples confirms the dissolution of evaporative minerals. Considering the presence of sulfate ions and the predominance of Mg compared to Ca, the possible origin of these ions in water samples is the dissolution of magnesium sulfates or the hydrolysis of silicates. Karimi et al. (2017) showed that the Cl and Na ions in Semnan spas originate from the dissolution of minerals from the Lar Formation, and hydrolysis of Na-feldspar of the Fajan Formation. They indicated that SO4 and Ca originate from gypsum layers of the Fajan Formation. Based on the Cl-SO4-HCO3 diagram (Giggenback 1988), the studied samples are mature and rich in Cl; therefore, the water samples were not probably affected by surficial processes such as mixing with underground water (Singh et al. 2015). RK-RMg diagram (Giggenback and Glover 1992) shows that the chemistry of water samples is controlled by rock dissolution. The Saturation Index (SI) values of different minerals in the studied samples are the same, showing a common source of the springs. Moreover, there is no obvious change in the SI values of minerals in dry and wet seasons. According to the average values, the mineral SI values decline in the order of dolomite > calcite/aragonite > gypsum > anhydrite > halite. SI values show that the studied water samples are supersaturated in dolomite, saturated in calcite and aragonite, and undersaturated in halite, gypsum, and anhydrite, which is in accordance with the dolomite lithology of the aquifer.
Based on average values, the concentration of potentially toxic elements in water samples decreases as follows: B > Zn > Mn > Al > Li > Cu > Fe > Ba > As > Ni > Pb > Se. The concentration of B, Li, Zn, Ba, Pb, Mn, Se, Cu, As and Ni in water samples is much higher than their average values in unpolluted waters (Markert 1994). The high concentration of B, Li, Zn, Mn, Se and Cu in Semnan spas may induce positive health impacts (Jurowski et al. 2014; Maret 2017), while high amounts of Ba, Pb, Ni and As in water may lead to negative health effects (USEPA 2013). Calculation of contamination degree (Cd) and HPI shows that all samples are contaminated with potentially toxic elements, and SP4 is the most polluted spring in the study area. Plotting the obtained data on the Ficklin diagram indicates that the waters of the studied area are in near-neutral-high metal class.
The concentrations of Ag, As, Cd, Pb and Zn in the studied sediment samples are much higher than the mean sediment and mean crust composition. On the basis of EF values, sediments are not enriched in Mo, Ni, Th, Co, Cr, Mn, Fe and U, moderately enriched in Sb and Cu, significantly enriched in Cd, As, Zn and Pb, and highly enriched in Ag.
Compared to the reference values, the concentration of As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn is much higher in slime samples. The BCF values of As, Mn, Cu, Ni, Pb and Zn in slime samples are very high (1286, 2863, 2340, 1053, 1236, and 976, respectively), indicating the high potential of toxic elements to be bioaccumulated in living organisms. Cd, As, Ni, and Pb are toxic elements with no known positive impacts on the human body. On the other hand, although Zn, Cu and Mn are considered essential micronutrients, excessive exposure to these elements may impose negative health impacts. Therefore, the negative impacts of potentially toxic elements should be considered along with the positive therapeutic properties of sediments and slime of the studied spa.
Supersaturation of water samples in dolomite and their saturation in calcite and aragonite, as well as the position of the samples on the RK-RMg diagram, confirm the occurrence of dissolution process as the main factor controlling the hydrochemistry of the samples. High amounts of acidic ions (i.e., Cl and SO4) as well as the high temperature of water can be considered as the main reasons for elevated concentration of potentially toxic elements (e.g., B, Li, Zn, Ba, Pb, Se, Cu, As, Ni and Mn) in water samples. Based on the pollution indices, all water samples are enriched in potentially toxic elements, and SP4 shows the highest level of pollution. Sediment samples are enriched in Ag, Pb, Sb, Zn, Cd and As, and the concentration of As, Mn, Cu, Ni, Pb and Zn in slime samples are very high. Although B, Li, Se, Zn, Cu, Mn and Fe have been known as essential micronutrients in certain uptake values, there is no known positive function for Ni, As, Pb, Ba and Cd in the human body. Therefore, during the use of hot springs for therapeutic purposes, the adverse impacts of excessive exposure to these elements through dermal contact, ingestion and inhalation must be taken into account
کلیدواژهها [English]
بالنئولوژی[1] علم استفاده از خاصیت شفابخشی آبهای معدنی و گرم برای اهداف درمانی است و آثار زیستشناختی آبهای معدنی و چشمههای گرم را بررسی میکند (Mirhosseini et al. 2015). این روش راهکاری ساده، دلپذیر، مطبوع و بیخطر در نظر گرفته میشود که فاقد آثار جانبی زیانبار داروهای شیمیایی است. طیف وسیعی از بیماریها ازجمله رماتیسم، نقرس، چربی خون، پیری زودرس، دردهای مزمن ستون فقرات، آرتروز و مشکلات پوستی، با استفاده از این روش بهبود داده میشوند. سازوکارهای درمانی آبهای معدنی، هنوز بهخوبی شناخته نشده است، ولی احتمالاً ترکیبی از اثرهای شیمیایی، گرمایی، مکانیکی، ایمنیشناختی و روانی در این امر دخیلاند (Toth et al. 2015; Sukthana et al. 2005). با وجود آثار مثبت احتمالی چشمههای آبگرم در درمان یا بهبود برخی مشکلات سلامتی، احتمال دارد برخی عناصر بالقوۀ سمی در این محیطها، در مقادیر بیش از حد مجاز دریافت روزانه حضور داشته باشند و باید به این مسئله توجه شود.
مجموعه چشمههای آبگرم سمنان در 18 کیلومتری جنوب غرب مهدیشهر و 21 کیلومتری شمال غرب سمنان، بین عرضهای 35 درجه و 39 دقیقه، 20 ثانیه تا 35 درجه، 39 دقیقه و 33 ثانیۀ شمالی و طولهای 53 درجه و 11 دقیقه، 20 ثانیه تا 53 درجه و 11 دقیقه و 26 ثانیۀ شرقی واقع شده است. ارتفاع منطقه از سطح دریا 1396 متر است. دبی متوسط چشمههای آبگرم، حدود 19 لیتر بر ثانیه است که حجمی معادل با 599 هزار متر مکعب را در سال تخلیه میکند. چشمهها پس از پیوستن به یکدیگر، در پاییندست وارد مسیل آبگرم میشوند که از آن برای مصارف شرب و کشاورزی استفاده میشود. با توجه به اینکه آبهای گرم حاوی مقدار زیادی جامدات حلشدهاند[2] و ممکن است حاوی عناصر سمی مانند آرسنیک نیز باشند، ورود این آبها به محیط پیرامون آنها، باعث افت کیفیت منابع آب میشود. همچنین ممکن است مصرف آنها برای کاربردهای درمانی نیز، به بروز مخاطراتی برای سلامتی انسان منجر شود (Robinson et al. 2003). در صورت مواجههشدن انسان با مقادیر بیش از حد مجاز عناصر بالقوۀ سمی مانند آرسنیک، کبالت، مس، کادمیم، مولیبدن وانادیم و سرب، احتمال بروز عوارض مختلفی شامل اختلالات عصبی، بیماریهای پوستی، سرطان، بیماریهای قلبی-عروقی، نارسایی کلیه، نازایی، مردهزایی، اختلالات ژنتیکی و دیگر اختلالات سلامتی افزایش مییابد (Tchounwou et al. 2004; ATSDR 2012; Debnath et al. 2019). بنابراین بررسی کیفیت آب چشمههای آبگرم، لجن و رسوبات این چشمهها از دیدگاه سلامتی، حائز اهمیت فراوان است. هدف از این پژوهش، بررسی ویژگیهای هیدروژئوشیمیایی چشمههای آبگرم سمنان و بررسی غلظت عناصر بالقوۀ سمی در آب، رسوبات و لجن این چشمههاست.
زمینشناسی منطقه
منطقۀ مطالعهشده ازلحاظ زمینشناسی در زون ساختاری البرز قرار دارد. ارتفاعات شمالی منطقه، از سنگآهک، کنگلومرا، ماسهسنگ و توفهای سبزرنگ دوران سنوزوئیک (پالئوژن- ائوسن) و ارتفاعات شرقی از ماسهسنگ آهکی، کنگلومرا، مارنهای گچدار و آهک دولومیتی (سازند فجن، پالئوسن-ائوسن) تشکیل شده است (شکل 1). قدیمیترین سازند منطقه، سازند آهکی-دولومیتی الیکا متعلق به دورۀ تریاس پایینی تا میانی است که بر آن توالیهای شیل، مارن و ماسهسنگ سازند شمشک (ژوراسیک پایینی)، که حاوی رگههای زغالسنگ است، بهطور همشیب و همراه با یک افق لاتریتی- بوکسیتی قرار گرفته است. سازند لار (ژوراسیک میانی تا بالایی) شامل سنگهای آهکی-دولومیتی است که بر سازند شمشک قرار گرفته و بهوسیلۀ کنگلومرا و ماسهسنگ قرمز سازند فجن (پالئوسن-ائوسن) و نهشتههای عهد حاضر پوشانده شده است. نزدیکترین برونزد به محل چشمهها، واحدهای رسوبی متعلق به ژوراسیک پایینی (سازند شمشک) است. سازندهای الیکا و لار در ارتفاعات زیاد رخنمون دارند و واحدهای مطلوب تغذیۀ آب زیرزمینی در نظر گرفته شدهاند که گرادیان هیدرولیکی ضروری برای هدایت جریان آب از ارتفاعات بهسمت بخشهای کمارتفاع منطقه را فراهم میکنند (Karimi et al. 2017). با توجه به اینکه سازند ناتراوای شمشک بین دو سازند الیکا و لار قرار گرفته است، هیچ ارتباط هیدرولیکی بین این دو آبخوان کربناتی وجود ندارد. همچنین آبخوان اصلی منطقه، که در لایههای ضخیم دولومیت (واحد میانی سازند لار) قرار گرفته است، با لایههای ضخیم و کمتراوای سازند فجن پوشانده شده است، بنابراین یک آبخوان محصور در نظر گرفته میشود. روند عمومی ساختارهای زمینشناسی منطقه (شامل چینخوردگیها، گسلها و سازندهای سنگی)، مشابه روند عمومی زون البرز (شمال شرق-جنوب غرب) است. منطقۀ مطالعهشده، بخشی از یک ساختار ناودیسی منطقهای است که ناشی از تکتونیک بسیار فعال و محدودۀ مطالعهشده است. گسلش، مهمترین ویژگی تکتونیکی منطقه است. گسلهای اصلی منطقه شامل گسلهای سمنان، انزاب، دیکتاش، رودبار، بشم و چاشماند.
پس از بررسی موقعیت چشمههای آبگرم بر نقشۀ زمینشناسی و کنترلهای صحرایی، برای بررسی ویژگیهای کیفی و هیدروژئوشیمیایی چشمههای آبگرم سمنان، در دو دورۀ زمانی شامل انتهای فصل تر (بهمن 1399) و انتهای فصل خشک (شهریور 1400)، نمونۀ آب از 5 چشمه برداشت شد. در شکل 2، نمایی از چشمههای مطالعهشده نشان داده شده است. در هر ایستگاه، از 2 بطری یک لیتری پلیاتیلن (یکی برای تعیین غلظت یونهای اصلی و جامدات حلشدۀ کل و دیگری برای اندازهگیری غلظت عناصر بالقوۀ سمی) استفاده و پس از شستوشوی بطریها با آب چشمه، نمونهبرداری انجام شد.
pH، دما و هدایت الکتریکی[3] نمونهها در محل، با استفاده از دستگاه pH-EC متر (مولتیمتر) مدل YK-2001CT با دقت اندازهگیری 001/0 میکروموس ثبت شد. دستگاه قبل از نمونهبرداری، با استفاده از محلولهای بافر کالیبره شد و در حین نمونهبرداری نیز، الکترودها با استفاده از آب چشمه شسته شدند. همچنین بهمنظور بررسی غلظت عناصر بالقوۀ سمی، 5 نمونه رسوب و لجن چشمهها که برای اهداف درمانی استفاده میشوند، با استفاده از بیلچۀ فولادی ضد زنگ برداشت و در کیسههای پلیاتیلنی ریخته شد. این نمونهها تا زمان تجزیۀ شیمیایی[4] در دمای 4 درجۀ سانتیگراد نگهداری شدند.
غلظت یونهای سدیم و پتاسیم با استفاده از نورسنجی شعلهای، غلظت یونهای بیکربنات، کلر، کلسیم و منیزیم با استفاده از تیتراسیون و غلظت سولفات، با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری تعیین شد. جامدات حلشدۀ کل با استفاده از روش فیلتراسیون اندازهگیری شد. بهمنظور ارزیابی صحت دادههای به دست آمده و برآورد خطای نتایج حاصل از تجزیۀ یونهای اصلی، از رابطۀ1 استفاده شد (Panneerselvam et al. 2021):
شکل Error! No text of specified style in document. نقشۀ زمینشناسی منطقۀ مطالعهشده (برگرفته از نقشۀ 1 به 100 هزار سمنان) و موقعیت چشمهها بر تصویر گوگلارث
Fig 1- Geological map of the study area (1:100000 geological map of Semnan) and the location of the spas on Google Earth image.
شکل 2- نمایی از چشمههای آبگرم مطالعهشده
Fig 2- A perspective of the studied spas
|
رابطۀ 1) |
|
میزان خطای اندازهگیری غلظت یونهای اصلی برای تمامی نمونهها، در محدودۀ پذیرفتنی (کمتر از 15% ±) قرار دارد.
نمونههای آب برداشتشده برای اندازهگیری عناصر بالقوۀ سمی، با فیلتر 45/0 میکرومتر و با استفاده از پمپ خلأ فیلتر و پس از رساندن pH آنها به کمتر از 2، با استفاده از چند قطره اسید نیتریک خالص، به بطریهای 200 میلیلیتری پلیاتیلن کدررنگ انتقال داده شدند. غلظت عناصر بالقوۀ سمی با استفاده از دستگاه ICP-MS آزمایشگاه مرکزی دانشگاه صنعتی اصفهان اندازهگیری شد. بهمنظور ارزیابی صحت نتایج تجزیهای، همراه با هر دستۀ 5 تایی نمونهها، یک نمونه تهی و یک نمونه با غلظت افزودهشده ازلحاظ شیمیایی تجزیه و همچنین غلظت عناصر در نمونههای مرجع استاندارد (SPEX series, SPEX CertiPrep, Metuchen, NJ,, CLAS2-2Y, CLCA2-2Y, CLPB2-2Y, CLZN2-2Y)، اندازهگیری شد. حد تعیین غلظت دستگاه برای عناصر آهن و آلومینیم 10 میکروگرم بر لیتر، برای عناصر باریم، کبالت، کروم، مس، لیتیم، سرب، نیکل، روی، تلوریم، تالیم، برلیم، بیسموت، کادمیم، گالیم 1 میکروگرم بر لیتر و برای عناصر آرسنیک و سلنیم، 1/0 میکروگرم بر لیتر است.
نمونههای رسوب پس از خشکشدن در دمای آزمایشگاه، از الک 63 میکرون عبور داده شدند و نمونههای لجن پس از خشکشدن در دمای 37 درجۀ سانتیگراد در آون، با استفاده از هاون سرامیکی پودر و سپس از الک 63 میکرون عبور داده شدند. غلظت عناصر اصلی و جزئی در نمونههای رسوب، پس از هضم اسیدی نمونهها با استفاده از مخلوط چهار اسید غلیظ (HF+HClO4+HNO3+HCl) و غلظت عناصر موجود در نمونههای لجن، پس از هضم با نیتریک اسید و پرکلریک اسید در دمای اتاق، برای 12 ساعت و سپس در دمای 100 درجۀ سانتیگراد برای 2 ساعت، با استفاده از دستگاه ICP-MS آزمایشگاه زرآزما اندازهگیری شد. دادههای به دست آمده (پارامترهای فیزیکی-شیمیایی آب، غلظت یونهای اصلی و عناصر بالقوۀ سمی در آب و غلظت عناصر اصلی و جزئی در نمونههای رسوب و لجن)، با استفاده از محاسبۀ شاخصهای مختلف ژئوشیمیایی و هیدروژئوشیمیایی و ترسیم نمودارهای مورد نیاز (مانند نمودار فیکلین[5])، تجزیه و تحلیل شدند.
محاسبۀ شاخص اشباع[6] یک کانی، روش مناسبی برای بیان شرایط تعادل یک محلول نسبتبه آن کانی است. شاخص اشباع از رابطۀ2 محاسبه میشود (Chidambaram et al. 2011 ):
|
رابطۀ 2 |
|
IAP، حاصلضرب فعالیت یونی[7] و Ksat حاصلضرب انحلالپذیری[8] است.
سختی کل[9] براساس مجموع غلظت یونهای کلسیم و منیزیم (برحسب میلیگرم بر لیتر)، در رابطۀ 3 محاسبه میشود:
|
رابطۀ 3 |
|
با استفاده از شاخص درجۀ آلودگی[10]، کیفیت و میزان آلودگی آب ارزیابی میشود. این شاخص برای هر نمونه، جداگانه محاسبه میشود. به این ترتیب، آثار ترکیبی چندین پارامتر مؤثر، بر کیفیت نمونه مشخص میشود. شاخص درجۀ آلودگی با استفاده از روابط زیر محاسبه میشود (Tijani 2009):
رابطۀ 4
رابطۀ 5
در این روابط، Cfi ضریب آلودگی، CAi، مقدار پارامتر اندازهگیریشده و CNi غلظت استاندارد سازمان بهداشت جهانی برای پارامتر iام است (روی: 300، سرب: 10، نیکل: 20، منگنز: 80، آهن: 2000، مس: 2000، آرسنیک: 10 میکروگرم بر لیتر).
برای محاسبۀ شاخص خطر آب[11] از رابطۀ6 استفاده شد (Ewusi et al. 2022):
رابطۀ6
براساس ردهبندی ایوزی ((Ewusi et al. 2022، WHI < 5 نشاندهندۀ نبود سمیت، 5 ≤ WHI < 10 نشاندهندۀ سمیت کم، 10 ≤ WHI < 15 نشانگر سمیت متوسط و WHI ≥ 15 نشاندهندۀ سمیت شدید است.
شاخص آلودگی فلزات سنگین[12]، به شکل رابطۀ 7 محاسبه میشود (Appiah-Opong et al. 2021):
رابطۀ7
در این رابطه wi وزن پارامتر iام است که ازطریق معکوس استاندارد ( ) محاسبه میشود. Qi ازطریق رابطۀ 8 به دست میآید:
رابطۀ8
در این رابطه، Mi غلظت عنصر مطالعهشده در نمونه و Ii مقدار ایدهآل عنصر است که در این مطالعه، صفر در نظر گرفته شد. Si مقدار مجاز یا استاندارد عنصر است که همان مقادیر استاندارد سازمان بهداشت و n نیز تعداد عناصر مطالعهشده است. اگر HPI نمونۀ آب بین 0 تا 25 باشد، کیفیت آب عالی، چنانچه بین 26 تا 50 باشد، کیفیت آب خوب، در صورتی که بین 51 تا 75 باشد، کیفیت آب بد و اگر بیشتر از 75 باشد، کیفیت آب خیلی بد خواهد بود (Majhi and Keshari Biswal 2016).
برای ارزیابی شدت آلودگی نمونههای رسوب مطالعهشده، ضریب غنیشدگی[13] عناصر بالقوۀ سمی محاسبه شد. این ضریب از نسبت غلظت عنصر بهنجارشدۀ مدنظر در نمونۀ مطالعهشده، به غلظت بهنجارشدۀ همان عنصر در مادۀ مرجع (ترکیب شیل میانگین) به دست میآید. منظور از غلظت بهنجارشده، غلظت عنصر مدنظر تقسیم بر غلظت یک عنصر بهنجارکننده (آلومینیم) است (Uugwanga and Kgabi 2020):
رابطۀ9
RE غلظت عنصر بهنجارکننده وx غلظت عنصر مدنظر است.
برای بررسی میزان زیستانباشت عناصر بالقوۀ سمی در نمونههای لجن، ضریب زیستانباشت[14] بهصورت رابطۀ10 محاسبه شد (El-Din et al. 2014):
رابطۀ10
در این رابطه، Ca و CW به ترتیب غلظت عنصر در نمونۀ لجن و آب است.
در جدول 1 مقادیر دما، pH، هدایت الکتریکی، جامدات حلشدۀ کل و غلظت یونهای اصلی در نمونههای آب ارائه شده است. هدایت الکتریکی نمونههای آبگرم بین 17230 میکروزیمنس بر سانتیمتر (چشمه SP3 در فصل تر) تا 23460 میکروزیمنس بر سانتیمتر (چشمۀ SP4 در فصل تر) و مقدار جامدات حلشدۀ کل بین 11100 میلیگرم بر لیتر (چشمۀ SP2 در فصل خشک) تا 16200 میلیگرم بر لیتر (چشمۀ SP5 در فصل تر) متغیر است. pH نمونههای آب بین 4/6 (چشمۀ SP4 در فصل تر) تا 9/7 (چشمۀ SP1 در فصل خشک) و مقدار دما نیز بین 5/21 درجۀ سانتیگراد (چشمۀ SP3 در فصل تر) تا 41 درجۀ سانتیگراد (چشمۀ SP4 در فصل خشک) تغییر میکند. با توجه به اینکه میانگین دمای سالانۀ شهر سمنان معادل 5/17 درجۀ سانتیگراد است و دمای همۀ نمونهها در فصل خشک و دمای یک نمونه در فصل تر بیشتر از 5/36 درجۀ سانتیگراد است، بنابراین چشمههای آبگرم سمنان، جزء آبهای گرم تا داغ محسوب میشوند.
جدول 1- ویژگیهای هیدروشیمیایی نمونههای آب
Table 1- Hydrochemical characteristics of water samples
|
فصل تر (اسفند 1399) |
|
||||||||||
|
|
Ca (mg/L) |
Mg (mg/L) |
Na (mg/L) |
K (mg/L) |
Cl (mg/L) |
SO4 (mg/L) |
HCO3 (mg/L) |
TDS (mg/L) |
EC μS/cm |
pH |
T (°C) |
|
SP1 |
556.1 |
446.5 |
3007.6 |
62.6 |
4863.5 |
484.8 |
210.5 |
11950 |
18384.6 |
6.7 |
35 |
|
SP2 |
561.1 |
449.6 |
3073.5 |
56.7 |
4970 |
475.2 |
256.3 |
12050 |
18538.5 |
6.6 |
35 |
|
SP3 |
526.1 |
428.3 |
3095.4 |
54.7 |
5005.5 |
460.8 |
238 |
11200 |
17230.8 |
6.8 |
21.5 |
|
SP4 |
496 |
428.3 |
3216.8 |
54.7 |
5200.8 |
516 |
274.6 |
15250 |
23461.5 |
6.4 |
39 |
|
SP5 |
551.1 |
461.7 |
3588.9 |
54.7 |
5804.3 |
516 |
256.3 |
16200 |
24923.1 |
6.7 |
30.5 |
|
|
فصل خشک (مهر 1401) |
|
|||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
Ca (mg/L) |
Mg (mg/L) |
Na (mg/L) |
K (mg/L) |
Cl (mg/L) |
SO4 (mg/L) |
HCO3 (mg/L) |
TDS (mg/L) |
EC μS/cm |
pH |
T (°C) |
|
SP1 |
531.1 |
492.1 |
3195.6 |
54.7 |
5147.5 |
499.2 |
164.8 |
12100 |
18615.4 |
7.9 |
36 |
|
SP2 |
501 |
388.8 |
3283 |
58.7 |
4970 |
484.8 |
219.7 |
11100 |
17076.9 |
7.4 |
37 |
|
SP3 |
561.1 |
267.3 |
3634.3 |
50.8 |
5396 |
499.2 |
201.4 |
13000 |
20000 |
7.4 |
30 |
|
SP4 |
450.9 |
382.7 |
3244.1 |
62.6 |
4863.5 |
508.8 |
201.4 |
11300 |
17384.6 |
7.3 |
41 |
|
SP5 |
551.1 |
334.1 |
4296.8 |
54.7 |
6319 |
532.8 |
219.7 |
15000 |
23076.9 |
7.4 |
32 |
مقایسۀ مقادیر پارامترهای دما، هدایت الکتریکی، جامدات حلشدۀ کل و pH در دو فصل نمونهبرداری با یکدیگر، نشان میدهد هدایت الکتریکی و جامدات حلشدۀ کل در نمونههای فصل خشک و تر، از روند خاصی پیروی نمیکند، اما همانگونه که انتظار میرود، مقدار دما در نمونههای فصل خشک از فصل تر بیشتر است. همچنین، مقدار pH در نمونههای فصل خشک، بیشتر از نمونههای فصل تر و ناشی از خروج گازهای اسیدی (دیاکسید کربن) در اثر افزایش دمای آب در فصل خشک است. pH از خصوصیات فیزیکی-شیمیایی آب است که نقش مهمی در انحلال و رسوبگذاری عناصر دارد. مقدار pH آب با حضور یونهای اسیدی، بازی و دیاکسیدکربن حلشده کنترل میشود. همچنین مقدار pH آب تحت تأثیر تغییرات دما، تبدیل آمونیم به آمونیاک، تجزیۀ مواد آلی و تغییرات شیمیایی، نظیر تغییر پتانسیل اکسایش-کاهش نیز، تغییر میکند.
با توجه به جدول 1، یونهای کلر و سدیم، به ترتیب غالبترین آنیون و کاتیون در نمونههای مطالعهشدهاند. براساس مقادیر میانگین، ترتیب فراوانی کاتیونهای اصلی بهصورت Na > Ca > Mg > K و ترتیب فراوانی آنیونهای اصلی بهصورت Cl > SO4 > HCO3 تغییر میکند.
تفاوت غلظت یونهای کلر و سدیم در دو فصل خشک و تر، بیشتر از دیگر یونهاست و غلظت این دو یون و تا حدی غلظت سولفات در فصل خشک، بیشتر از فصل تر است که احتمالاً ناشی از افزایش دمای آب در فصل خشک نسبتبه فصل تر است. غلظت دیگر یونها در دو فصل، تفاوت درخور توجهی را نشان نمیدهد.
با توجه به نمودار پایپر[15] (شکل 3)، تیپ نمونههای آب مطالعهشده، کلروره و رخسارۀ آنها سدیک است. یکسانبودن تیپ و رخسارۀ نمونهها، نشانگر یکسانبودن منشأ این چشمههاست. با توجه به نمودار پایپر، در نمونههای چشمههای آبگرم سمنان، فلزات قلیایی و اسیدهای قوی غالباند. حضور اسیدهای قوی (یون کلر)، باعث افزایش انحلالپذیری فلزات در نمونههای آب میشود. در همۀ نمونهها غالببودن یونهای سدیم و پتاسیم نسبتبه کلسیم و غالببودن منیزیم نسبتبه کلسیم مشهود است. غالببودن یونهای سدیم نسبتبه کلسیم و منیزیم، بیانگر منشأگرفتن سدیم از هالیت و یا هیدرولیز کانیهای سیلیکاتی است (Hounslow 1995). در میان آنیونها نیز، یون کلر در همۀ نمونهها غالب است و پس از آن به ترتیب سولفات و بیکربنات قرار میگیرند. غالببودن یون کلر، مؤید انحلال کانیهای تبخیری است. با توجه به حضور یون سولفات و غالببودن منیزیم در مقایسه با کلسیم، منشأ احتمالی این دو یون در نمونههای آب، انحلال سولفاتهای منیزیم و یا هیدرولیز سیلیکاتها است. کریمی و همکاران (Karimi et al. 2017) نشان دادند منشأ کلر و سدیم چشمههای آبگرم سمنان، حضور این عناصر در شبکه بلوری کانیهای سازند لار و انحلال فلدسپار سدیم و فلدسپار سازند و منشأ کلسیم و سولفات انحلال عدسیهای ژیپس در سازند فجن است.
شکل 4، موقعیت نمونهها را بر نمودار Cl-SO4-HCO3 (Giggenbach 1988) و شکل 5 موقعیت نمونهها را بر نمودار RK-RMg (Giggenback and Glover 1992) نشان میدهد. با توجه به شکل 4 الف، نمونههای مطالعهشده از نوع بالغ و غنی از کلر است و احتمالاً در طی صعود از مجرای گسلها، تحت تأثیر فرایندهای ثانویه، مانند آمیختگی با آبهای زیرزمینی نزدیک به سطح قرار نمیگیرد (Singh et al. 2015). با توجه به شکل 4 ب، نمونههای چشمههای آبگرم سمنان تحت تأثیر انحلال سنگها و رسوبات آبخوان قرار گرفتهاند.
شکل 3- موقعیت نمونههای مطالعهشده بر نمودار پایپر
Fig 3- The location of the studied samples on the Piper Diagram
شکل 4- موقعیت نمونههای مطالعهشده بر نمودار Cl-SO4-HCO3 (Giggenbach 1988)
Fig 4- The position of the studied samples on the Cl-SO4-HCO3 diagram (Giggenbach 1988)
شکل 5- موقعیت نمونههای مطالعهشده بر نمودار RK=10CK/(10CK+CNa) در مقابل RMg=10CMg/(10CMg+CCa) (Giggenbach and Glover 1992)
Fig 5- The position of the studied samples on the RK=10CK/(10CK+CNa) vs RMg=10CMg/(10CMg+CCa) (Giggenbach and Glover 1992)
شاخص اشباع کانیها
با توجه به شکل 6، چشمههای آبگرم مطالعهشده ازنظر شاخص اشباع کانیهای مختلف بسیار مشابهاند و منشأ یکسان آب چشمهها را نشان میدهند. همچنین شاخص اشباع کانیها بین دو فصل تر و خشک، تفاوت چشمگیری را نشان نمیدهد. با توجه به مقادیر میانگین، شاخص اشباع کانیها به ترتیب زیر کاهش مییابد: Dolomite > Calcite/Aragonite > Gypsum > Anhydrite > Halite
شکل 6- شاخص اشباع کانیهای انیدریت، آراگونیت، کلسیت، دولومیت، ژیپس و هالیت در نمونههای آب
Fig 6- Saturation Index of anhydrite, aragonite, calcite, dolomite, gypsum and halite in water samples
شاخص اشباع دولومیت مثبت، شاخص اشباع کلسیت و آراگونیت حدود صفر و شاخص اشباع ژیپس، انیدریت و هالیت منفی است که نشان میدهد آب نسبتبه دولومیت فوق اشباع، نسبتبه کلسیت و آراگونیت اشباع و نسبتبه هالیت، ژیپس و انیدریت تحت اشباع است. منفیترین شاخص اشباع، مربوط به هالیت است. دولومیتیبودن آب، با ترکیب سنگشناسی آبخوان (بخش میانی سازند لار) همخوانی دارد.
براساس نتایج به دست آمده، سختی نمونههای آب مطالعهشده در گسترۀ 2498 (نمونۀ SP3 در فصل خشک) تا 3345 (نمونۀ SP1 در فصل خشک) میلیگرم بر لیتر معادل کربنات کلسیم تغییر میکند و میانگین سختی نمونهها، 2994 میلیگرم بر لیتر معادل کربنات کلسیم است؛ بنابراین تمامی نمونهها در ردۀ بسیار سخت قرار دارند (شکل 7). شایان ذکر است که متوسط سختی نمونههای مطالعهشده در فصل تر و خشک به ترتیب 3161 و 2826 میلیگرم بر لیتر، معادل کربنات کلسیم است.
شکل 7- سختی کل نمونههای آب
Fig 7- Total Hardness of the water samples
در جدول 2، غلظت عناصر آلومینیم، آرسنیک، بور، باریم، مس، آهن، لیتیم، منگنز، نیکل، سرب، سلنیم و روی در چشمههای آبگرم سمنان ارائه شده است. غلظت عناصر تلوریم، تالیم، برلیم، بسیموت، کادمیم، کبالت، کروم و گالیم زیر حد آشکارسازی دستگاه (1 میکروگرم بر لیتر) بود. براساس مقادیر میانگین، غلظت عناصر مطالعهشده در نمونههای آب، بهصورت رابطۀ 11 کاهش مییابد:
رابطۀ11 B > Zn > Mn > Al > Li > Cu > Fe > Ba >As > Ni > Pb > Se
جدول 2- غلظت عناصر بالقوۀ سمی در نمونههای آب، در مقایسه با مقادیر میانگین در آبهای غیر آلوده (برحسب میکروگرم بر لیتر)
Table 2- The concentration of potentially toxic elements in the water samples compared with mean values in unpolluted water (μg/l)
|
SP1 |
SP2 |
SP3 |
SP4 |
SP5 |
average |
Mean concentration in Unpolluted water (Markert 1994) |
|
|
Al |
77 |
70 |
72 |
80 |
73 |
74.4 |
200 |
|
As |
0.5 |
38 |
0.5 |
80 |
0.5 |
23.9 |
0.5 |
|
B |
1288 |
1321 |
1387 |
1372 |
1684 |
1410.4 |
10 |
|
Ba |
25 |
26 |
28 |
35 |
26 |
28 |
10 |
|
Cu |
38 |
36 |
39 |
37 |
38 |
37.6 |
3 |
|
Fe |
40 |
26 |
49 |
32 |
16 |
32.6 |
500 |
|
Li |
40 |
41 |
42 |
51 |
40 |
42.8 |
3 |
|
Mn |
78 |
80 |
86 |
83 |
103 |
86 |
5 |
|
Ni |
21 |
29 |
18 |
23 |
17 |
21.6 |
0.3 |
|
Pb |
12 |
16 |
13 |
9 |
20 |
14 |
3 |
|
Se |
34 |
0.5 |
0.5 |
3 |
4 |
8.4 |
0.2 |
|
Zn |
360 |
341 |
466 |
452 |
678 |
459.4 |
5 |
با توجه به جدول 2، غلظت عناصر بور، لیتیم، روی، باریم، سرب، منگنز، سلنیم، مس، آرسنیک، منگنز و نیکل در 5 چشمۀ آبگرم مطالعهشده، از مقدار میانگین این عناصر در آبهای غیر آلوده (Markert 1994) بیشتر و غلظت عناصر آلومینیم و آهن در همۀ نمونههای مطالعهشده، کمتر از این مقدار است. غلظت زیاد بور، لیتیم، روی، منگنز، سلنیم و مس در چشمههای آبگرم سمنان، با آثار مثبت سلامتی همراه است (Bowman and Russel 2006; Forlenza et al. 2012; Nielsen and Meacham 2011; Jurowski et al. 2014; Maret 2017)، در حالی که ممکن است مقادیر زیاد باریم، سرب، نیکل و آرسنیک در آب به بروز آثار منفی سلامتی منجر شود (Mena 1981; WHO 2012; USEPA 2013).
با استفاده از مقادیر Cd، سطح آلودگی آب به سه رده تقسیم میشود، به این ترتیب که Cd<1 آلودگی کم، 1<Cd<3 آلودگی متوسط و Cd>3 آلودگی زیاد را نشان میدهد. براساس محاسبات انجامشده، همۀ نمونهها به عناصر بالقوۀ سمی آلودهاند و چشمۀ SP4 بیشترین میزان آلودگی به عناصر بالقوۀ سمی را نشان میدهد (شکل 8 الف). شکل 8 ب نشان میدهد نمونههای مطالعهشده WHI < 5 دارند و فاقد سمیتاند. با توجه به شکل 8 ب، بیشترین مقدار شاخص خطر آب مربوط به نمونههای SP2 و SP4 است. با توجه به شکل 8 ج، مقدار عددی HPI چشمههای آبگرم سمنان، همگی بیشتر از 75 است؛ بنابراین نمونهها بهشدت به عناصر بالقوۀ سمی آلودهاند.
شکل 8- شاخص درجۀ آلودگی (Cd) (الف)، شاخص خطر آب (WHI) (ب) و شاخص آلودگی فلزات سنگین (HPI) (ج) نمونههای مطالعهشده
Fig 8 -(a) Contamination Degree (Cd), (b) Water Hazard Index (WHI), and (c) Heavy Metal Pollution Index (HPI) values of the studied samples
یکی از متداولترین الگوها برای ردهبندی آبهای معدنی، نمودار فیکلین (Ficklin et al. 1992) است. در این نمودار، pH در مقابل غلظت مجموعهای از عناصر بالقوۀ سمی ترسیم میشود (Ficklin et al. 1992; Plumlee et al. 1999). نمودار فیکلین نمونههای مطالعهشده در شکل 9 ارائه شده است. بر مبنای این نمودار، آبهای محدودۀ مطالعهشده در ردۀ نزدیک به خنثی-پر فلز قرار میگیرند.
غلظت عناصر بالقوۀ سمی در نمونههای لجن و رسوب
در شکل 10، میانگین غلظت کل عناصر بالقوۀ سمی در 5 نمونۀ رسوب با ترکیب رسوبات میانگین (Bowen 1979) و ترکیب پوستۀ میانگین (Mason and Moore 1982) مقایسه شده است.
شکل 9- موقعیت نمونههای آب بر نمودار فیکلین
Fig 9- The location of the water samples on the Ficklin Diagram
شکل 10- غلظت عناصر بالقوۀ سمی در نمونههای رسوب، در مقایسه با ترکیب رسوبات میانگین و پوستۀ میانگین
Fig 10- The concentration of the potentially toxic elements in the sediment samples compared with the Mean Sediment and Mean Crust compositions
این مقایسه نشاندهندۀ بیشتربودن غلظت نقره، آرسنیک، کادمیم، سرب و روی در نمونههای رسوب مطالعهشده، در مقایسه با ترکیب رسوبات میانگین و ترکیب پوستۀ میانگین است.
بهمنظور ارزیابی خطر زیستمحیطی بالقوۀ عناصر مطالعهشده، نتایج به دست آمده با دستورالعملهای کیفی رسوب[16] تعریفشدهای مقایسه شد که مکدونالد و همکاران (MacDonald et al. 2000) آنها را ارائه کردند. مقادیر SQGs شامل دو شاخص غلظت آستانۀ اثر[17] و غلظت احتمالی اثر[18] است و مبنای مطمئنی را برای ارزیابی شرایط کیفیت رسوب در اکوسیستمهای آبی ارائه میدهد. TEC، غلظتهایی را نشان میدهد که کمتر از آن، احتمال مشاهدۀ آثار مضر برای آبزیان وجود ندارد، در حالی که PEC، غلظتهایی را نشان میدهد که بیشتر از آن احتمال مشاهدۀ آثار جانبی آلایندهها بر آبزیان وجود دارد (Zhang et al. 2020b). غلظت آستانۀ اثر عناصر روی، نیکل، سرب، مس، کروم، آرسنیک و کادمیم به ترتیب 121، 7/22، 8/35، 6/31، 4/34، 7/9 و 9/0 میلیگرم بر کیلوگرم و غلظت احتمالی اثر این عناصر، به ترتیب 459، 6/48، 128، 149، 111، 33 و 9/4 میلیگرم بر کیلوگرم است. در تمام ایستگاهها، غلظت عناصر آرسنیک، کروم، مس، نیکل، سرب و روی بیشتر از غلظت آستانۀ اثر و غلظت سرب، بیشتر از غلظت احتمالی اثر است؛ بنابراین در نمونههای مطالعهشده، حضور این عناصر با بروز آثار منفی همراه است.
در جدول 3، شدت غنیشدگی نمونهها از عناصر بالقوۀ سمی، با توجه به ردهبندی ضریب غنیشدگی (Uugwanga and Kgabi 2020) نشان داده شده است. با توجه به نتایج حاصل از محاسبۀ ضریب غنیشدگی، رسوبات مطالعهشده نسبتبه عناصر مولیبدن، نیکل، توریم، کبالت، کروم، منگنز، آهن و اورانیم دارای غنیشدگی اندک نسبتبه آنتیموان و مس دارای غنیشدگی متوسط نسبتبه عناصر کادمیم، آرسنیک، روی و سرب دارای غنیشدگی درخور توجه و نسبتبه نقره دارای غنیشدگی بسیار زیادند. روی یک عنصر ریزمغذی ضروری برای انسان است، اما دریافت مقادیر زیاد این عنصر خطرناک است. باید در کنار خواص مثبت درمانی رسوبات و لجن چشمههای آبگرم، بهصورت جدی بر آثار منفی دیگر عناصر ذکرشده بر سلامت انسان، توجه شود.
در جدول 4، غلظت عناصر مطالعهشده در نمونههای لجن برداشتشده از چشمههای آبگرم سمنان در مقایسه با مقادیر مرجع ارائه شده است. غلظت عناصر در این نمونهها (برحسب میلیگرم بر کیلوگرم وزن خشک) بهصورت زیر کاهش مییابد:
Cd > U > Mo > Sb > Ag > Th > Co > Ni > As > V > Cr > Cu > Pb > Mn > Zn
در مقایسه با مقادیر مرجع، غلظت عناصر آرسنیک، کادمیم، کبالت، کروم، مس، آهن، منگنز، نیکل، سرب و روی بسیار بیشتر است.
با توجه به محاسبات انجامشده، ضریب زیستانباشت تمامی عناصر مطالعهشده بسیار بزرگ است (جدول 4) که نشاندهندۀ قابلیت زیستانباشت عناصر بالقوۀ سمی بهویژه آرسنیک، منگنز، مس، نیکل، سرب و روی در نمونههای لجن است و باید ازنظر بالنئولوژی و اهداف درمانی به این مسئله توجه شود.
جدول 3- ضریب غنیشدگی عناصر در نمونههای رسوب براساس ردهبندی آوگوانا و گابی (Uugwanga and Kgabi 2020)
Table 3- The enrichment factor of elements in sediment samples based on the classification of (Uugwanga and Kgabi 2020)
|
Studied samples |
Enrichment degree |
EF Class |
|
Mo (0.7), Ni and Th (1), Co (1.1), Cr (1.2), Mn (1.3), Fe (1.4), U (1.9) |
Deficiency to minimal enrichment |
<2 |
|
Sb (2), Cu (2.1) |
Moderate enrichment |
2-5 |
|
Cd (5.4), As (7.1), Zn (11.5), Pb (17.8) |
Significant enrichment |
5-20 |
|
Ag (26.9) |
Very high enrichment |
20-40 |
|
- |
Extremely high enrichment |
>40 |
جدول 4- غلظت عناصر بالقوۀ سمی در نمونههای لجن مطالعهشده (مقادیر برحسب mg/kg) و ضریب زیستانباشت عناصر در نمونهها
Table 4- The concentration of metals in study sediments (mg/kg) and the Bioconcentration Factor of elements in the samples
|
Ag |
As |
Cd |
Co |
Cr |
Cu |
Mn |
Mo |
Ni |
Pb |
Sb |
Th |
U |
V |
Zn |
|
|
SP1 |
6.2 |
30.5 |
1.1 |
5.9 |
44 |
180 |
195 |
1 |
33 |
219 |
2.1 |
1.61 |
1 |
35 |
955 |
|
SP2 |
3.2 |
28 |
0.6 |
6.6 |
61 |
114 |
311 |
<0.1 |
24 |
82 |
0.6 |
3.12 |
1.1 |
41 |
289 |
|
SP3 |
0.8 |
13.4 |
0.5 |
2.6 |
12 |
25 |
209 |
<0.1 |
8 |
31 |
<0.5 |
<0.1 |
0.3 |
11 |
80 |
|
SP4 |
0.8 |
51 |
0.6 |
7.9 |
64 |
33 |
270 |
1 |
26 |
342 |
0.9 |
3.88 |
1.5 |
47 |
469 |
|
mean |
2.75 |
30.7 |
0.7 |
5.8 |
45.3 |
88 |
246.3 |
1 |
22.8 |
168.5 |
1.2 |
2.9 |
1 |
33.5 |
448.3 |
|
Algae guideline* |
- |
0.175 |
0.0173 |
3.33 |
4.57 |
23.2 |
- |
67.5 |
- |
0.574 |
- |
- |
- |
- |
128 |
|
BCF |
|
1286 |
- |
- |
- |
2340 |
2863 |
- |
1053 |
1236 |
- |
- |
- |
- |
976 |
|
*IAEA-392 (2005) |
|||||||||||||||
نتیجه
نمونههای آب نسبتبه دولومیت فوق اشباع، نسبتبه کلسیت و آراگونیت، اشباع و نسبتبه هالیت، ژیپس و انیدریت تحت اشباعاند. حضور یونهای اسیدی مانند کلر و سولفات و دمای زیاد آب در چشمههای آبگرم مطالعهشده، باعث افزایش انحلالپذیری عناصر بالقوۀ سمی میشود. عناصر بالقوۀ سمی، دارای ویژگیهای سمناکی، پایداری، نداشتن قابلیت تجزیه در محیط و تجمع در بافت اندامهای انسانیاند. در طی استفاده از چشمههای آبگرم برای مقاصد درمانی، این عناصر ازطریق بلع، استنشاق و تماس پوستی وارد بدن انسان میشوند و خطراتی را برای سلامتیاش به وجود میآورند. بور، لیتیم، سلنیم، روی، مس، منگنز و آهن در محدودۀ مجاز غلظت دارای آثار مثبت برای سلامتیاند، در حالی که هیچ نقش مثبت شناختهشدهای برای آرسنیک، سرب، نیکل و باریم وجود ندارد. غلظت عناصر بور، لیتیم، روی، باریم، سرب، سلنیم، مس، آرسنیک، نیکل و منگنز در همۀ نمونهها بیشتر از میانگین غلظت این عناصر در آبهای طبیعی غیر آلوده است. همچنین براساس شاخص درجۀ آلودگی، همۀ نمونهها به عناصر بالقوۀ سمی آلودهاند و چشمۀ SP4 بیشترین میزان آلودگی به عناصر بالقوۀ سمی را نشان میدهد که ناشی از دمای بیشتر این چشمه و قابلیت آب برای انحلال عناصر بالقوۀ سمی است. شاخص آلودگی فلزات سنگین در همۀ نمونهها بیشتر از 75 است؛ بنابراین نمونهها بهشدت به عناصر بالقوۀ سمی آلودهاند و بیشترین آلودگی مربوط به نمونۀ SP4 است. ترسیم نمودار فیکلین نشان داد آبهای محدودۀ مطالعهشده در ردۀ نزدیک به خنثی-پر فلز قرار میگیرند. نمونههای رسوب نسبتبه عناصر نقره، سرب، آنتیموان، روی، کادمیم و آرسنیک آلودهاند. لجن چشمههای آبگرم نیز از عناصر روی، سرب، نیکل، مس، منگنز و آرسنیک غنیشدگی نشان میدهد روی و مس عناصر ضروریاند و تمرکز آن در آب، رسوبات و لجن چشمههای گرم، با آثار مثبت سلامتی همراه است، در حالی که سرب و منگنز، هر دو جزء عوامل سمیت عصبیاند[19] و دریافت مقادیر زیاد این عناصر، به آسیبهای جدی مغز و اعصاب منجر میشود؛ بهویژه سرب در بروز مشکلات سلامتی برای کودکان حائز اهمیت است و باعث کاهش ضریب هوشی، اختلالات رفتاری، تأثیر منفی بر رشد مغز میشود. آرسنیک و نیکل نیز جزء عوامل سرطانزا طبقهبندی شدهاند و دریافت آنها با آثار جدی سلامتی همراه است. با توجه به نتایج به دست آمده، باید در کنار آثار درمانی احتمالی آب این چشمهها، به آلودگی نمونههای مطالعهشده نسبتبه عناصر بالقوۀ سمی نیز توجه شود.
تشکر و سپاسگزاری
نویسندگان مقاله مراتب سپاس خود را از معاونت محترم پژوهشی دانشگاه صنعتی شاهرود برای فراهمکردن امکانات انجام این پژوهش، ابراز میدارند. همچنین از هیئت تحریریۀ محترم نشریه و داوران مقاله، قدردانی میشود.
[1] Balneology
[2] Total Dissolved Solids, TDS
[3] Electrical Conductivity, EC
[4] Analysis
[5] Ficklin diagram
[6] Saturation Index, SI
[7] Ion Activity Product, IAP
[8] Solubility Product
[9] Total Hardness, TH
[10] Contamination Degree, Cd
[11] Water Hazard Index, WHI
[12] Heavy Metal Pollution Index; HPI
[13] Enrichment Factor, EF
[14] Bioconcentration Factor, BCF
[15] Piper diagram
[16] Sediment Quality Guidelines, SQGs
[17] Threshold Effect Concentration: TEC
[18] Probable Effects Concentration: PEC
[19] Neurotoxic
)