ارزیابی ژئوشیمیایی و زیست محیطی فلزات سنگین در خاک های حاصل از شیست های گرگان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 کارشناس ارشد زمین شناسی زیست محیطی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در این مقاله، نقش مجموعه دگرگونی گرگان به عنوان منبع زمین­زادی فلزات سنگین، در خاک­های نواحی جنوبی گرگان و کردکوی، مورد بررسی قرار گرفته است. به همین دلیل، برخی از پارامترهای مهم شیمیایی خاک از قبیل pH, EC و CEC، و همچنین غلظت فلزات سنگین در 14 نمونه­ خاک و 6 نمونه سنگ بررسی و تفسیر شده است. برای این هدف، ضریب غنی شدگی، شاخص زمین‌انباشتگی، ضریب آلودگی و درجه آلودگی خاک به عناصر As، Cd، Co، Cr، Cu، Mn، Mo، Pb، V و Fe، مورد مطالعه قرار گرفته است. از روش­های آماری چندمتغیره، شامل همبستگی پیرسون، آنالیز خوشه­ای و تحلیل مؤلفه اصلی برای بررسی همبستگی­ها و روابط پاراژنزی استفاده شده است. نتایجنشان می­دهند که مقدار میانگین آهن (80503 پی­پی­ام) بالاتر از حد بیشینه مجاز (پی­پی­ام 70000) و نزدیک به حد آستانه (پی­پی­ام 100000) است. همچنین، مقدار میانگین وانادیم (165 پی­پی­ام) نیز بالاتر از حد بیشینه مجاز (150 پی­پی­ام) ولی بسیار کمتر از حد آستانه (450 پی­پی­ام) می­باشد. مقادیر میانگین کروم، نیکل، کبالت و مس در حد مقادیر زمینه و مقادیر سرب، آرسنیک، مولیبدن و کادمیم، کمتر از مقادیر زمینه هستند. محاسبه ضریب غنی­شدگی نشان می­دهد که آرسنیک و آهن در خاک این مناطق از غنی­شدگی متوسط برخوردارند. آهن با شاخص زمین‌انباشتگی 14/0، غیرآلاینده تا اندکی آلاینده به‌شمار می‌رود. افزون بر این، ضرایب آلودگی آهن، وانادیم و کبالت در حد پایین بوده و در مجموع، خاک این مناطق از نظر کیفیت زیست­محیطی در گروه مناطق فاقد آلودگی یا با آلودگی بسیار ضعیف، طبقه­بندی می­شود. نتایج حاصل از تحلیل­های آماری داده­های فلزات سنگین نشان می­دهند که غلظت این عناصر در خاک­های مشتق از شیست­های پلیتی به‌ویژه در دره توسکستان در حد کمترین میزان و در خاک­های مشتق از سنگ­های با ترکیب بازیک نظیر دره ناهارخوران، در حد بیشترین میزان است. این نتایج، بیانگر منشأ طبیعی زمین­زادی فلزات سنگین و نقش ترکیب شیمیایی سنگ­های مجموعه دگرگونی گرگان در ورود آنها به خاک­های منطقه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Geochemical and Environmental Assessment of the Heavy Metals in the Soils Derived from the Gorgan Schists

نویسندگان [English]

  • H. Ghasemi 1
  • Mojtaba. Garavand 2
  • N. Hafezi Moghddas 1
1 Associate Professor, Faculty of Earthscience, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 M.Sc. in Environmental Geology, Faculty of Earthscience, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

In this paper, the role of Gorgan metamorphic complex, as a geogenic source of the heavy metals has been investigated in the soils of south Kordkoy and Gorgan areas. For this, some important soil chemical parameters such as pH, EC, CEC, and concentrations of the heavy metals in 14 soil samples and 6 rock samples have been determined and interpreted. The enrichment factor, geo-accumulation index, contamination factor and degree of soil contamination for the elements of As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Pb, V and Fe, have been studied. Multivariant Statistical methods including Pearson correlation, cluster analysis and principal component analysis were done to study the correlations and paragenetic relations. The results shown that the average concentration of Fe (80502.86 ppm) is higher than maximum allowable concentration (70000 ppm) and located near the threshold (100000 ppm). Also, average values of V (165.09ppm) is higher than maximum allowable concentration (150 ppm) but is very lower than its threshold (450 ppm). Average values of Cr, Ni, Co and Cu are in the range of the background concentration and those for Pb, As, Mo and Cd are lower than background. Calculation of the enrichment factor indicates the low enrichment of As and Fe in these soils. Iron, with the geo-accumulation index of 0.14, is uncontaminant to slightly contaminant. Also, contamination factors of iron, cobalt and vanadium are low and overaly, in the sense of environmental quality, the soil of this area classified among uncontaminated or very low contaminated areas. The results of the statistical analysis of the heavy metal data indicate the lowest concentrations of these elements in the soils derived from pelitic schists, especially in Tuskestan valley, and the highest values of them in the soils derived from the basic igneous rocks, such as Naharkhoran valley. These results show a natural geogenic origin for the heavy metals and the role of chemical composition of the Gorgan metamorphic complex in the entrance of them in the soils of this area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Assessment
  • Geochemical
  • Environmental
  • heavy metals
  • Soil
  • Gorgan schists
رحیمی، ب.، 1381- رساله دکتری، مطالعات ساختاری رشته کوه البرز در شمال دامغان، دانشکده علوم، دانشگاه شهید بهشتی. 220 صفحه
زمانی پدرام، م.، کریمی، ح.ر.، حسینی، ح.، بهره­مند، م.، 1385-  نقشه زمین شناسی 100000/1 علی آباد. انتشارات سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی ایران.
زمانی پدرام، م. و حسینی، ح.، نقشه زمین شناسی 100000/1 گرگان. انتشارات سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی ایران.
شاه­پسندزاده، م.، 1371- پایان نامه کارشناسی ارشد، تحلیل ساختاری و تفسیر محیط رسوبی مجموعه سنگهای دگرگونی گرگان (شسیت­های گرگان) ، دانشکده علوم، دانشگاه تربیت معلم تهران. 175 صفحه.
شهرابی، م.، 1369- نقشه زمین شناسی 250000/1 گرگان. انتشارات سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی ایران.
غازان شاهی، ج.، 1385- ترجمه، آنالیز خاک و گیاه، نوشته وان رنست، ورلو، ام وندو. انتشارات آییژ، تهران. 272 صفحه.
گراوند، م.، 1389- پایان نامه کارشناسی ارشد، ارزیابی آلودگی طبیعی فلزات سنگین در خاک­های حاصل از شیست­های گرگان، دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده علوم زمین، 156 صفحه.
مهندسین مشاور معدنکاو، 1379- گزارش نهایی مرحله اول پی­جویی و پتانسیل یابی مواد معدنی در شیست­های گرگان (دره توسکستان) ، اداره کل معادن و فلزات استان گلستان، وزارت معادن و فلزات. 238 صفحه
یوسفی، م.، کاکایی، ر.، 1385- کاربرد کامپیوتر در معدن، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر. 282 صفحه.
 
References
Abrahim, G. M. S., 2005- Holocene sediments of Tamaki Estuary: Characterisation and impact of recent human activity on an urban estuary in Auckland, New Zealand, Ph.D. thesis, University of Auckland, Auckland, New Zealand, 361p.
Abrahim, G. M. S., Parker, R. J., 2008-Assessment of heavy metal enrichment factors and the degree of contamination in marine sediments from Tamaki Estuary, Auckland, New Zealand, Environ Monit Assess, v. 136, pp: 227- 238.
Acosta, J. A., Faz, A., Mrtinez, S. M., 2009- Identification of heavy metal sources by multivariable analysis in a typical Mediterranean city (SE Spain),Environ Monit Assess, DOI 10.1007/s10661-1194-0.
Adamo, P., Arenzo, M., Imperato, M., Naimo, D., Nardi, G., Stanzione, D., 2005- Distribution and partition of heavy metal in surface and sub-surface sediments of Naplescity Por, Chemosphere, v. 61, pp: 800-809.
Adriano, D. C., 2001- Trace elements in terrestrial environments, 2nd ed. Springer, New york.
Ahdy, H., Khaled, A., 2009- Heavy Metals Contamination in Sediments of the Western Part of Egyptian Mediterranean Sea, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 3(4), pp: 3330-3336.
Atanassov, I., 2007- New Bulgarian soil pollution standards, Bulgarian Journal of Agricultural Science, 14 (No1), pp: 68-75.
Beyer, W.N., 1990-Evaluating soil contamination. U.S. fish Wild1. Serv., Biological Report90 (2).25pp.
Bowen, H.J.M., 1979- Environmental Chemistry of the Elements, Academic Press, New York, 1979. (In: Bradli, H. B., (2005), Heavy Metals in the Environment, Elsevier Ltd, Vol, 6).
Chen, C, W., Kao, C, M., Chen, C, F., Dong, C, D., 2007- Distribution and accumulation of heavy metals in the sediments of Kaohsinung Harbor, Taiwan, Chemosphere, 66, pp: 1431-1440.
Doelsch, E., Macary, H. S., Van de Kerchove, V., 2006- Sources of very high heavy metal content in soils of volcanic island (La Re´union), Journal of Geochemical Exploration, v. 88, pp: 194– 197.
Dragovicََ, S., Mihailovicَ, N., Gajicَ, B., 2008-Heavy metals in soils: distribution relationship with soil characteristics and radionuclides and multivariate assessment of contamination sources, Chemosphere, v. 72, pp: 491-495.
Galan, E., Fernandez-Caliani, J.C., Gonzalez I., Aparicio P., Romero, A., 2008-Influence of geological setting on geochemical baselines of trace elements in soils. Application to soil of South-West Spain, Journal of Geochemical Exploration, v. 98, pp: 89-106.
Ghavidel – Syooki, M. , 2008-Palynostratigraphy and Palaeogeography of the Upper Ordovician Gorgan Schists (Southeastern Caspian Sea), Eastern Alborz Mountain Ranges, Northern Iran, Comunicaçُes Geolَgicas, 2008, t. 95, pp: 123-155.
Goorzadi, M., Vahabzadeh, Gh., Ghanbarpour, M. R. and Karbassi, A, R., 2009-Assessment of heavy metal pollution in Tilehbon river sediment, Iran, Journal of applied sciences, 9(6), pp: 1190-1193.
Hakanson, L., 1980-An ecological risk index for aquatic pollution control a sedimentological approaches, Water Research, 14: 975–1001.
Hernandez, L., Probst, A., Probst, J. L., Ulrich, E., 2003-Heavy metal distribution in some French forest soils: evidence for atmospheric contamination, The Science of the Total Environment, v. 312, pp: 195–219.
Jenne, E.A., Chem., A., 1968- (In: Bradli, H. B., (2005), “Heavy Metals in the Environment”, Elsevier Ltd, Vol, 6).
Jordan, C., Zhang, C., Higgins, A., 2007 Using GIS and statistics to study influences of geology on probability features of surface soil geochemistry in Northern Ireland, Journal of Geochemical Exploration, v. 93,pp: 135–152.
Kabata-Pendias A., Mukherjee, A. B., 2007-Trace Elements from Soil to Human, Springer Berlin Heidelberg New York.
Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 1999-Biogeochemistry of trace elements, 2nd ed., Wyd Nauk PWN, Warszawa (in Polish). (In: Kabata-Pendias A., Mukherjee, A. B., (2007), “Trace Elements from Soil to Human” Springer Berlin Heidelberg New York).
Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 2001- Trace elements in soils and plants. Third edition. CRC Press LLC. 408p.
Kabata-Pendias, A., Sadurski. W., 2004-Trace elements and compounds in soil, In: Merian E, Anke M, Ihnat M, Stoepppler M (eds) Elements and their compounds in the environment, Wiley-VCH, Weinheim, 2nd ed., pp: 79–99.
Kelly Indices (former Creater London Council), 1980-Site investigation and materials problems, Proc. Conference on Reclamation of Contaminated Land, Eastbourne, UK, October 1979 (Society of the Chemical Industry, London 1980).
Loska, K., Chebual, J., Pleczar, J., Wiechla, D., Kwapulinski, J., 1995-Use of environment and contamination factors togheder with geoaccmulation indexes to elevate the content of Cd, Cu and Ni in the Rybink water reservoir in Poland” Water, Air and Soil pollution, 93, pp: 347-365.
Miller, R. W., Donahue, R. L., 1990-Soils, an introduction to soils and plant growth, (6th ed), Prentice-Hall, London.
Misra, S. G., Dinesh Mani, 2009-Soil Pollution, Published by S.B. Nangia, New Delhi.
Möller, A., Muller, H. W., Abdullah, A., Abdelgawad, G., Utermann, J. ,2005- Urban soil pollution in Damascus, Syria: Concentrations and patterns of heavy metals in the soils of the Damascus Ghouta, Geoderma, v. 124, pp: 63–71.
Müller, G., 1969-Index of geoaccumulation in the sediments of the Rhine River. Geojournal, v. 2, pp: 108–118.
Qishlaqi, A., Moore, F., Forghani, G., 2009-Characterization of metal pollution in soils under two landuse patterns in the Angouran region, NW Iran; a study based on multivariate data analysis, Journal of Hazardous Materials 172, pp:374–384.
Satyanarayana, D., Panigrahy, P. K., Sahu, S. D., 1994-Metal pollution in Harborand coastal sediments of visakhpatnam, est of India, Indian journal of marine science, v. 23, pp: 52-54.
Tijani, M. N., Okunlola, O. A., Abimbola, A. F., 2006-Lithogenic concentrations of trace metals in soils and saprolites over crystalline basement rocks: A case study from SW Nigeria”, Journal of African Earth Sciences, v. 46, pp: 427–438.
Upadhyay, A, K., Gupta, K, K., Sircar, J, K., Deb, M, K., Mundhara, G, L., 2006-Heavy metals in freshly deposited sediments of the river Subernarekha, India: an example of lithogenic and anthropogenic effects, Environ Geol,v. 50, pp: 397-403.