Manuscript ID : 1401031637985 Visit : 2895 Page: 1 - 14

Article Type: Original Research

Analysis of geochemical features of sabzevar dust, using Marble Dust Collector (MDCO)

Subject Areas :

1 -
2 -

Received: 2022-06-06 Accepted : 2022-06-06 Published : 2022-06-06

Keywords: Heavy metal pollution, MDCO, Geochemistry, Sabzevar, Dusts,

Abstract :

Dust is one of the atmospheric phenomena that has adverse environmental effects and consequences. In order to study dusts in Sabzevar, samples were collected at the end of each season in 1390. In this research, sampling containers were installed in 16 locations on the roofs of houses and governmental offices based on the main and sub geographical directions and trapped samples in MDCO were measured by 0.0001 accuracy scale. For geochemical studies due to the volume of dust collected and the importance of the samples, basic oxides and trace elements of fine dust were measured using atomic absorption and ICP methods. Results has shown that the maximum dust volume were collected in the spring while the concentration of most polluting elements is higher in autumn. In terms of pollution, Cadmium and Zinc are of primary importance in sabzevar due to their very high pollution coefficient. Chromium and Nickle are of secondary importance with being in the range of moderate pollution and significant pollution coefficient. In the current situation, the pollution of elements such as copper, lead and arsenic in the dust of Sabzevar is not critical and worrying.

References:

ارسلانی، ف.، علیجانی ، ب.ف.، اکبری، م. و محمد خان، ش.، 1399. بررسی عناصر سنگین
( Pb، Ni، Cu، Cr، Cd ) موجود در غبار ریزشی شهر تهران، پژوهش های دانش زمین، سال یازدهم، شماره 44 ، صفحات 15- 36.
اکبری، ع.، عظیم زاده، ح.ر.، اختصاصی، م.ر. و برهان دیانی، س.، 1391. اندازه¬گیری نرخ غبار ریزشی بر شهر بهبهان (مطالعه موردی : بهار 1391). اولین همایش ملی حفاظت و برنامه‌ریزی محیط زیست.
امینی، آ ، .1394. اندازه گیری غبار ریزشی شهر سبزوار با استفاده از تله رسوبگیر MDCO و بررسی ویژگیهای رسوب شناسی و ژئوشیمیایی رسوبات، طرح تحقیقاتی شماره 20817/71/92 دانشگاه گلستان. 114 صفحه.
بهروش، ف.، محمودی قرایی. م.ح.، قاسم¬زاده، ف. و عوض¬مقدم، س.، 1394. بررسی آلودگی فلزات سنگین و در غبارهای ترافیکی شهر مشهد و تعیین منشاء آن با استفاده از روش استخراج ترکیبی، مجله علوم زمین، سال بیست و چهارم، شماره 95، صفحه 141 تا 150.
ترنج زر،ح.، مددی، م. ح. و حیدرزاده، م.، 1396. اندازه گیری ریزگردها و غبار ریزشی با استفاده از تله رسوبگیر در دوره سه ماهه( مطالعه موردی شهر قم ). چهارمین کنفرانس بین المللی برنامه ریزی و مدیریت. 2 و 3 خرداد 1396.
جعفری، ف. و خادمی، ح.، 1393. ارزیابی نرخ فرونشست غبار اتمسفری در نقاط مختلف شهر کرمان. فصلنامه علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 70 ، صفحه 207 – 216.
جلیلیان،ع ح.، 1396. رسوب شناسی و زمین شیمی رسوبی ریزگردها در کلان شهر اهواز، فصلنامه زمین شناسی ایران، سال 11، شماره 41، صفحه 79 تا 93.
صدریان، م ، ر.، محمد خان، ش.، مشهدی، ن.، دشتکیان، ک. و علوی پناه، س ، ک.، 1392. پهنه بندی غبار ریزشی شهر ایلام، سومین همایش ملی فرسایش بادی و طوفان گرد و غبار، 25 تا 26 دی ماه 1392.
عبدالهی، س.، عظیم زاده،ح.، مصلح آرانی،ا. و اختصاصی، م، ر.، 1395. بررسی غلظت سرب در غبار ریزشی شهر زاهدان، مقالات پنجمین همایش سراسری محیط زیست، انرژی و پدافند زیستی.
عظیم زاده، ح.ر.، منتظرقائم، م.، ترابی میرزایی، ف. و تجملیان، م.، 1389. اندازه گیری غبار غبارریزشی شهر یزد با استفاده از تله رسوبگیر MDCOدر دوره سه ماهه تابستان 1389، مقالات دومین همایش فرسایش بادی و طوفانهای گرد و غبار، دانشگاه یزد.
کریمیان، ب .، لندی، ا.، حجتی، س. و واحدیان، ج.، 1395. بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و کانی شناسی گردو غبار در شهر اهواز، فصلنامه تحقیقات آب و خاک ایران، 1 : 159- 173 .
محمودی، ز. و خادمی، ح.، 1393. غلظت برخی فلزات سنگین و گرد و غبار اتمسفری اصفهان و برخی شهرهای مجاور، علوم و فنون کشاورزی ومنابع طبیعی، شماره 67، صفحه 243 تا 255.
مولایی، ز. و اسماعیلی ساری، ع .، 1399. ارزیابی ریسک اکولوژیک آلاینده های سرب و کادمیوم در گرد و غبار حیات مدارس مناطق منتخب شهر تهران ، علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و دوم، شماره 7، صفحه 405 تا 413.
Adewale M. T., Johnson O. M., Adewole M. G., Fatai O., 2020. Pollution and health risk assessment of road dust from Osogbo metropolis, Osun state, Southwestern Nigeria, Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 26:5,1254-1269.
Esen, E., Kucuksezgin, F., and Uluturhan, E., 2010. Assessment of trace metal pollution in surface sediments of Nemrut Bay, Aegean Sea. Environmental Monitoring and Assessment, 160, 257–266.
Gossen, D., and Offer, Z., 2000. Wind tunnel and field Calibration of six eolian dust samplers, eolian environment. 34: 1043-1057.
Hakanson, L., 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach. Water Res 14:975–1001.
Muller, G., 1969. Index of Geo-Accumulation in Sediments of the Rhine River. GeoJournal, 2, 108-118.
Trojanowska, M., Swietlik,R., 2020. Investigations of the chemical distribution of heavy metals in street dust and its impact on risk assessment for human health, case study of Radom (Poland), Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 26:7, 1907-1926.

Full-Text:

تجزیه و تحلیل ویژگیهای ژئوشیمیایی رسوبات غبار ریزشی شهر سبزوار با استفاده از تله رسوب‌گیر MDCO

آرش امینی(1و*) و بهنام شفیعی بافتی 2

1. استادیار گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه گلستان

2. دانشیار گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

گرد و غبار یکی از پدیده‌های جوی است و آثار و پیامدهای زیست‌محیطی نامطلوبی برجای می‌گذارد. برای بررسی غبار ریزشی شهر سبزوار، در سال 1390 و در انتهای چهار فصل، نمونه‌ها در ایستگاه‌های شانزده‌گانه‌ی منتخب در پشت‌بام منازل مسکونی یا ساختمانهای اداری و بر مبنای جهتهای جغرافیایی اصلی و فرعی جمعآوری شده و با ترازوی با دقت 0001/0گرم وزن شدند. اکسیدهای اصلی و عناصر فرعی ریزگردها با استفاده از روش جذب اتمی و طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده القایی برای مطالعات ژئوشیمیایی با توجه به حجم غبار جمع شده و اهمیت نمونهها، مشخص و اندازه‌گیری شدند. نتایج به‌دست آمده نشان داد که بیشترین حجم غبار ریزشی در سبزوار مربوط به فصل بهار است درحالی‌که غلظت و تراکم اغلب عناصر آلاینده در فصل پاییز بیشتر است. از نظر آلودگی، عناصر کادمیوم و روی با قرار گرفتن در پهنه آلودگی شدید و ضریب آلودگی بسیار بالا و قابل توجه در غبار ریزشی شهر سبزوار، در درجه اول اهمیت قرار دارند. عناصر کروم و نیکل با قرار گرفتن در پهنه آلودگی متوسط و ضریب آلودگی قابل توجه در درجه بعدی اهمیت هستند. در شرایط فعلی، آلودگی عناصر آلاینده مانند مس، سرب و آرسنیک در ریزگردهای شهر سبزوار بحرانی و نگرانکننده نیست.

واژه‌هاي کلیدی: آلودگی عناصر سنگین، رسوبگیر تیلهای، ژئوشیمی، سبزوار، غبار ریزشی

مقدمه

برای اندازه‌گیری غبار ریزشی استفاده از رسوب‌گیر تیله‌ای (MDCO¹) از سال 1975 میلادی در دنیا و از سال 2010 میلادی در ایران در دستور کار قرار دارد. استفاده از این رسوب‌گیر برای جمع‌آوری غبار ریزشی به عوامل مختلفی نظیر اندازه و شکل تیله‌ها ، سرعت باد و اندازه ذرات وابسته است (Gossen and Offer, 2000).

برای اولین بار در ایران نتایج استفاده از رسوب‌گیر تیله‌ای توسط عظیم زاده و همکاران (1389) در شهر یزد ارائه شد و بعد از آن نتایج استفاده از رسوب‌گیر تیله‌ای حداقل در هفت شهر مختلف ایران از جمله بهبهان توسط اکبری و همکاران (1391)، در شهر ایلام توسط صدریان و همکاران (1392)، در شهر کرمان توسط جعفری و خادمی (1393)، در شهر اهواز توسط کریمیان و همکاران (1395)، در شهر قم توسط ترنج زر و همکاران (1396) و در شهر تهران توسط ارسلانی و همکاران (1399) مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. در این تحلیل‌ها تمرکز اصلی تحقیقات بیشتر بر حجم گرد و غبار ریزشی جمع‌آوری شده در دوره‌های زمانی مختلف و مکان‌های مختلف در شهرهای منتخب می‌باشد و کمتر به خصوصیات ژئوشیمیایی و تاثیر عناصر آلاینده در گرد و غبار پرداخته شده است.

شهر سبزوار از سالیان دور در معرض گرد و غبار است. ایستگاه حارث‌آباد در هشت کیلومتری جنوب شهر سبزوار به‌عنوان یکی از اولین ایستگاه‌های تحقیقات جنگلی و تثبیت شن‌های روان کشور در دهه 1340 برای مدیریت و کنترل گرد و غبار احداث و بهره‌برداری شد. بررسی باد حاصل از تحلیل گلبادهای ایستگاه سینوپتیک سبزوار (امینی، 1394) نشان می‌دهد در یک دوره طولانی آماری بادهای شرقی و شمال شرقی در تمام چهارفصل بیشترین فراوانی را داشته و در تابستان و بهار سال 1390 که طرح در آن انجام شده بادهای با جهت 80 تا 90 درجه بیشترین تعداد روزهای باد غالب را تشکیل می‌دهند درحالی‌که در پاییز و زمستان از تعداد روزهای بادهای غالب کاسته شده است.

هدف از این تحقیق تعیین حجم غبار ریزشی شهر سبزوار در فصول مختلف و تشخیص آلودگی عناصر مختلف آلاینده موجود در غبار ریزشی و تعیین گستره و ضریب آلودگی این عناصر می‌باشد.

روش مطالعه

برای بررسی کمی و کیفی غبار ریزشی شهر سبزوار، مراحل انجام کار در بخشهای مجزا به شرح زیر میباشند:

1- در مرحله اول برای آمادهسازی نمونهگیر از یک ظرف پلاستیکی استفاده شد و روی آن یک روکش آلومینیومی کشیده شد، بر روی روکش آلومینیومی دو ردیف تیله قرار گرفت و در روی تیلهها یک توری سیمی (فنس مرغی) برای محافظت تیلهها از عملکرد مخرب احتمالی پرندگان یا گربه‌ها تعبیه گرفته شد (شکل 1). در مرحله بعد، جمعآوری نمونه‌ها (شکل 2) و وزن کردن غبار بارشی به‌مدت یک سال و در پایان هر فصل (31 خرداد و شهریور و 30 آذر و اسفند) با ترازوی دقت 001/0 گرم انجام گرفت.

شکل 1. آمادهسازی رسوبگیر تیلهای برای نمونهبرداری از غبار ریزشی

شکل 2. غبار ریزشی جمع شده در پایان یک دوره نمونهبرداری پس از تخلیه تیلهها از ظروف پلاستیکی

2- در مرحله دوم نصب رسوبگیر تیلهای در 16 نقطه از شهر سبزوار بر مبنای شاخصها و استانداردهای مورد نظر انجام گرفت. توضیح اینکه آرایش ایستگاه‌ها در یک حلقه داخلی و خارجی فرضی براساس هشت جهت جغرافیایی اصلی توجه شد (شکل3).

Sampling

شکل 3. آرایش ایستگاههای شانزدهگانه در شهر سبزوار

در انتخاب ایستگاهها علاوه بر جهتهای جغرافیایی، مکانهای دولتی و غیردولتی مطمئن که کمترین احتمال جابجایی رسوبگیر را در طی دوره نمونهبرداری داشتند، انتخاب شد.

3- اندازهگیری اکسیدهای اصلی، عناصر فرعی ریزگردها با استفاده از روش جذب اتمی و طیف‌سنجی پلاسمای جفت‌شده القایی ²در آزمایشگاههای شرکت ملی مس و زرآزما

4- تعیین میزان آستانه بیماریزایی گرد و غبار با توجه به حجم و ترکیب عناصر مضر موجود در ریزگردهای شهر سبزوار و تعیین گستره و ضریب آلودگی و شناسایی مناطق بحرانی

5- ترسیم نقشههای مورد نیاز و جمع‌بندی نهایی

بحث

پس از تجزیه و تحلیل داده‌ها و رسم نقشه‌های مورد نیاز نتایج مشخص زیر به دست آمد :

توزیع مکانی ریزگردها

توزیع مکانی ریزگردها در فصول مختلف با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS انجام گرفت و مشخص شد تراکم ریزگردها در تمامی فصول در بخش جنوبشرقی شهر سبزوار (خیابان جهاد کشاورزی) بیشتر است (شکل‌های 4 تا 7). الگوهای توزیع بهار و تابستان بسیار شبیه یکدیگر هستند، با این تفاوت که میزان غبار ریزشی در بهار نسبت به تابستان بیشتر میباشد.

bahar

شکل 4. تجمع و پراکنش ریزگردها در فصل بهار سال 1390

tabestan

شکل 5. تجمع و پراکنش ریزگردها در فصل تابستان سال 1390

paiz

شکل 6. تجمع و پراکنش ریزگردها در فصل پاییز سال 1390

شکل 7. تجمع و پراکنش ریزگردها در فصل زمستان سال 1390

توزیع اکسیدهای اصلی در ریزگردهای شهری سبزوار

برای بررسی ژئوشیمیایی ریزگردهای شهر سبزوار، تعداد 13 نمونه از اکسیدهای اصلی در ایستگاههای منتخب مورد آنالیز قرار گرفتند (جدول1). نتایج به‌دست آمده نشان دادند که میزان SiO2 از 54/44 درصد تا 3/52 درصد با میانگین 03/49 درصد، میزان Al2O3 از 34/10 درصد تا 21/13 درصد با میانگین 67/11 درصد، میزان Fe2O3 از 13/5 درصد تا 10/10 درصد با میانگین 63/7 درصد، میزان CaO از 82/10 درصد تا 97/14 درصد با میانگین 59/12 درصد، میزان TiO2 از 38/0 درصد تا 88/0 درصد با میانگین 71/0 درصد، میزان P2O5 از 17/0 درصد تا 29/0 درصد با میانگین 22/0 رصد، میزان MgO از 33/6 درصد تا 74/8 درصد با میانگین 82/7 درصد و میزان K2O از 77/1 درصد تا درصد با میانگین 57/1 درصد در نوسان می‌باشند.

جدول 1. آنالیز اکسیدهای اصلی در ایستگاههای منتخب نمونهبرداری در فصل‌های مختلف

MEASURING UNIT		%	%	%	%	%	%	%	%	%
SAMPLE NO.	SAMPLE NAME	Al2O3	K2O	MgO	SO3	P2O5	SiO2	TiO2	CaO	Fe2O3
1	M 7 B	12.61	1.83	7.46	0.55	0.29	49.88	0.81	14.97	9.25
2	M 2 Z	10.59	1.67	7.92	1.45	0.22	45.61	0.88	13.93	8.24
3	C 11 P	12.53	1.79	8.70	0.68	0.25	52.37	0.82	12.70	8.93
4	M 5 Z	13.01	1.71	8.69	1.00	0.28	49.99	0.82	12.29	9.37
5	C 13 Z	12.10	1.67	8.60	1.08	0.30	48.52	0.75	12.39	10.10
6	M 3 B	13.21	1.79	7.73	0.58	0.28	51.22	0.81	13.31	8.78
7	C 11 B	12.13	1.85	7.98	0.55	0.25	50.03	0.85	13.70	8.63
8	M 8 Z	11.20	1.12	8.23	0.48	0.17	44.54	0.66	10.82	6.14
9	C 11 T	10.46	1.26	6.33	0.50	0.16	47.04	0.65	11.56	5.13
10	C 12 B	11.14	1.27	6.70	0.18	0.17	45.33	0.70	12.03	5.47
11	C 11 Z	11.09	1.30	8.74	0.40	0.17	52.40	0.64	11.90	6.55
12	C 15 T	10.34	1.42	6.95	1.66	0.19	49.44	0.38	11.85	5.87
13	M 7 Z	11.34	1.77	7.59	1.20	0.20	51.05	0.42	12.20	6.77
میانگین		11.67	1.57	7.82	0.79	0.22	49.03	0.71	12.59	7.63

تجزیه و تحلیل عناصر آلاینده در ریزگردهای سبزوار

تعداد 22 نمونه از کل نمونه ریزگردهای مورد مطالعه برای تشخیص عناصر فرعی مختلف با هدف بررسی آلایندههای جوی پهنه مورد مطالعه انتخاب شدند تا با استفاده از نتایج به دست آمده بتوان تجزیه و تحلیلهای لازم زیستمحیطی را انجام داد. در این راستا غلظت عناصر آلوده‌کننده محیط شامل سرب - مس و آرسنیک – نیکل و کادمیوم و کروم در سه الگوی مشخص A و B و C طبقهبندی شد (امینی، 1394). فلزات سنگین در بافتهای چربی و اعضای بدن تجمع مییابند و میتوانند بر دستگاه عصبی مرکزی اثر بگذارند یا عاملی برای دیگر بیماریها باشند. از اثرات شایع مسمومیت با فلزات سنگین، اثر بر مغز و اختلال رشد در کودکان میباشند.

الگوی A

این الگو برای پراکنش عنصر سمی و آلاینده سرب مورد استفاده قرار گرفت و پس از رسم نقشههای همسرب شهر مشخص شد، تراکم توزیع سرب در بخشهای شرقی و جنوبشرقی شهر سبزوار بیشتر است. همچنین مشخص شد، تراکم سرب در ماههای پاییز و زمستان از ماه‌های دیگر بالاتر است (شکل‌های 8 و 9).

شکل 8. پراکندگی میزان سرب برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصل‌های مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\2\Pb.jpg$

شکل 9 . توزیع مکانی سرب در غبار ریزشی شهر سبزوار

پراکندگی سرب در بخش شرقی و جنوبشرقی شهر سبزوار بیارتباط با تردد وسایل نقلیه سنگین و سبک و قرارگیری ترمینال مسافری شهر سبزوار در این نواحی نمیباشد.

الگوی B

این الگو برای توزیع فلزات سنگین مس و آرسنیک در شهر سبزوار قابل ارائه میباشد. بدین‌صورت که در هر دو مورد، تراکم و توزیع این فلزات سنگین در بخشهای شمالشرقی شهر از بقیه مناطق بیشتر می‌باشد (شکل‌های 11و 13). علاوه بر این مورد توزیع مس در فصل‌های پاییز و زمستان در مقایسه با فصل‌های دیگر بیشتر است، درحالی‌که آرسنیک در فصل پاییز بیشترین فراوانی را نسبت به فصل‌های دیگر نشان میدهد (شکل‌های 10 و 12).

شکل 10 . پراکندگی میزان مس برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصل‌های مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\1\cu.jpg$

شکل 11 . توزیع مکانی مس در غبار ریزشی شهر سبزوار

شکل 12. پراکندگی میزان آرسنیک برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصل‌های مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\1\As.jpg$

شکل 13 . توزیع مکانی آرسنیک در غبار ریزشی شهر سبزوار

الگوی C

این الگو در مورد عناصر و فلزات سنگین نیکل، کادمیوم و کروم در شهر سبزوار قابل مشاهده است. بر اساس این الگو تمرکز این فلزات سنگین در کمربند شمالی شهر، بالا و قابل توجه میباشد. بالا بودن میزان پراکنش این عناصر در غبار ریزشی شهر را میتوان به گسترش نهشتههای افیولیتی کمربند شمال سبزوار نسبت داد. در برخی پهنه‌های این گستره معدن کرومیت برای استخراج کروم نیز وجود دارد و نیکل و کادمیوم هم در مجموعههای افیولیتی پراکندگی بالایی دارند. بنابراین غبار حاصل از این پهنه‌ها میتواند به‌راحتی به بخش شمالی شهر سبزوار انتقال یابد.

توزیع فصلی این عناصر بر مبنای نمودار جعبه‌ای (شکل‌های 14، 16 و18) نشان میدهد، میزان نیکل و کادمیوم در فصل پاییز نسبت به فصل‌های دیگر به‌صورت قابل ملاحظهای بالاتر است. این در حالی است که پراکندگی کروم در فصلهای مختلف با یکدیگر تفاوت زیادی ندارند و بیشترین میزان پراکندگی ثبت شده مربوط به فصل تابستان میباشد.

شکل 14 . پراکندگی میزان نیکل برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصل‌های مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\2\Ni.jpg$

شکل 15. توزیع مکانی نیکل در غبار ریزشی شهر سبزوار

شکل 16 . پراکندگی میزان کادمیوم برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصول مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\1\Cd.jpg$

شکل 17. توزیع مکانی کادمیوم در غبار ریزشی شهر سبزوار

شکل 18. پراکندگی میزان کروم برحسب (ppm) در غبار ریزشی شهر سبزوار در فصول مختلف سال

$G:\ریزگردها - سبزوار\مرادیان\گلاکونیت\1\Cr.jpg$

شکل 19. توزیع مکانی کروم در غبار ریزشی شهر سبزوار

محاسبه شاخصهای زمینشیمیایی

در گذشته برای تفسيرهاي زيستمحيطي تعيين عيار زمينه زمينشيميايي طبيعي، از غلظت ميانگين عناصر مختلف در پوسته زمين (كلارك) استفاده ميشد، اما به دليل تغييرات زياد غلظت عناصر در سنگهاي تشکیل‌دهنده پوسته زمين، اين غلظتها بايد با احتياط و همراه با در نظر داشتن عوامل زمينشناختي طبيعي منطقه در پژوهشهای زمينشيمي زيستمحيطي استفاده شوند. تغييرات زمين‌شناختي هر پهنه، به نوسان زياد غلظت عناصر در رسوبات و ساير مواد هوازده سطحي منجر ميشوند. علاوه بر اين تفاوتهاي شيميايي در بين گونههاي گياهي و جانوري، بيانگر رشد و تغذيه آنها در پهنه‌های با سازندهای زمينشناسي متفاوت ميباشند.

در مطالعات ژئوشیمیایی، شاخصهای مختلفی برای پایش و ارزیابی میزان آلودگی ریزگردها وجود دارد که در این تحقیق از دو شاخص عمده ضریب زمینانباشت³ و ضریب آلودگی⁴ استفاده میشود.

ضریب زمینانباشت

ضریب زمینانباشت اولین بار توسط مولر (Muller, 1969) برای تعیین و توصیف آلودگی فلز در رسوبات ارائه و سپس توسط پژوهشگران دیگر، تصحیحانی روی آن اعمال شد. این ضریب از رابطه زیر محاسبه میشود:

رابطه ( 1 ) :

در این رابطه (Cn) غلظت عنصر تجزیه شده (n) در نمونههای مورد مطالعه و (Bn) غلظت زمینه زمینشیمیایی عنصر n است. مولر از ترکیب شیل میانگین به‌عنوان زمینه زمینشیمیایی استفاده کرده است. ضریب 5/1 نیز برای به حداقل رساندن تاثیر احتمالی غلظت فلز در ترکیب زمینه زمینشیمیایی (به‌عبارت‌دیگر برای بهنجار کردن غلظتها در نمونههای آلوده، نسبت به غلظتها در ترکیب شیل میانگین) که ناشی از تغییرات سنگشناختی در رسوبات میباشد و نیز حذف اثرات انسانزاد بسیار کوچک استفاده میشود. مولر، درجه آلودگی عناصر آلاینده را بر اساس افزایش مقدار عددی ضریب زمینانباشت به هفت رده تقسیمبندی کرد (جدول2).

جدول 2. ردهبندی مولر بر مبنای مقدار ضریب زمینانباشت (Igeo) در غبار ریزشی سبزوار

رده	گستره	وضعیت آلودگی	عناصر در منطقه مورد مطالعه
0	Igeo ≤ 0	عملا غیرآلوده	P – Cu – As
1	0 < Igeo<1	غیرآلوده تا آلودگی متوسط	pb
2	1 < Igeo<2	آلودگی متوسط	Ni - Cr
3	2 < Igeo≤3	آلودگی متوسط تا شدید	Cd
4	3< Igeo<4	آلودگی شدید	Cd- Zn
5	4< Igeo>5	آلودگی شدید تا بینهایت آلوده	---
6	Igeo ≥5	بینهایت آلوده	---

ضریب آلودگی

Hakanson (1980) بر اساس غلظت هشت آلاینده شامل هفت عنصر بالقوه سمی As، Zn، Pb، Hg، Cr، Cu، Cd و آلاینده آلی PCB، برای هر آلاینده یک ضریب آلودگی را ارائه کرد. در محاسبه این ضریب‌ها لازم است از غلظت آلاینده موردنظر در حداقل پنج نمونه رسوب سطحی میانگین آن محاسبه شود. ضریب آلودگی هاکنسون از رابطه زیر به دست میآید:

رابطه ( 2 ) :

در این رابطه (Cn) غلظت عنصر تجزیه شده (n) در نمونههای رسوب و (mean Bn) میانگین غلظت زمینه زمینشیمیایی عنصر n است. منظور از one S.D، مجموع انحراف معیار و میانگین میباشد.

بر طبق نظر (Esen. et al., 2010) میتوان ضریب آلودگی را به‌صورت زیر محاسبه کرد:

که Cs غلظت عنصر موردنظر در رسوب و Cb غلظت طبیعی همان عنصر است. ضریب آلودگی، غنیشدگی فلز در رسوب را نشان میدهد. با استفاده از ضریب آلودگی میتوان نمودارهای افزودگی-کاهیدگی را رسم و وضعیت غنیشدگی فلزات در نمونههای رسوب را مشخص کرد.

بر اساس طبقه‌بندی (Hakanson,1980) برای Cf چهار گروه یا رده تعیین شد که گستره ضریب آلودگی عناصر در غبار ریزشی شهر سبزوار در جدول 3 ارائه شده است.

جدول 3. ضریب آلودگی در غبار ریزشی شهر سبزوار

مقدار	ضریب آلودگی ریزگردها	عناصر در منطقه مطالعه
Cf <1	ضریب آلودگی پایین	Cu- As
1 ≤ Cf < 3	ضریب آلودگی متوسط	Pb- Cu
3 ≤Cf < 6	ضریب آلودگی قابل توجه	Ni- Cr-Cd
Cf ≥ 6	ضریب آلودگی بسیار بالا	Zn

جلیلیان (1396) در بررسی ریزگردها و غبار شهر اهواز معتقد است فلزات و شبه فلزاتی که چگالی بالای چهار دارند به‌طور مستقیم در کاهش کیفیت ه.ا و مشکلات زیست‌محیطی موثرند و غلظت آنها تابع منشا ریزگردها و عوامل غیرطبیعی است. به عقیده محمودی و خادمی (1393) نرخ بالای فرونشست فلزات سنگین در غبار شهر اصفهان در دوره زمانی آبان – آذر به دلیل استفاده از وسایل گرمایشی و وقوع پدیده وارونگی دمایی است. ارسلانی وهمکارن (1399) در شهر تهران و Adewale et al., 2020)) در شهر موسوگوبو واقع در جنوب غربی نیجریه نیز بالا بودن نرخ فرونشست فلزات سنگین غبار ریزشی در فصل زمستان نسبت به بهار را به این عوامل نسبت دادند. این مورد را می‌توان دلیلی برای افزایش غلظت مس، آرسنیک، نیکل و کروم در غبار ریزشی فصل پاییز شهر سبزوار و افزایش میزان سرب و کروم در غبار ریزشی پاییز و زمستان این شهر دانست. از سوی دیگر بالا بودن غلظت سرب در غبار حیات مدرسه ابد طلب در مجاورت بازار سید اسماعیل تهران نسبت به سایر مدارس منتخب ( مولایی و اسماعیلی ساری، 1399) به بار ترافیکی بالا و تراکم جمعیت نسبت داده شده و با نتایج تحقیقات جعفری و خادمی (1393) در شهر کرمان که پراکنش بالای سرب، روی و مس را در غبار ریزشی شهر کرمان را منطبق بر منابع صنعتی و ترافیکی دانسته همخوانی داشته است.

از سوی دیگر نتایج تحقیقات (Trojnowska and Swietlik, 2020) نیز نشان می‌دهد بالا بودن میزان ضریب زمین انباشت سرب و روی و مس در غبار خیابانی شهر رادم در مرکز لهستان مرتبط با فعالیت ترافیکی هستند و برای شهر سبزوار هم پراکنش بالای سرب در غبار ریزشی گستره ترمینال مسافربری سبزوار و ورودی جاده تهران – سبزوار با بارترافیکی بالا نشان‌دهنده منشا انسانی سرب می‌باشد. عبداللهی و همکاران (1395) ضمن اشاره به بیشتر بودن میانگین غلظت سرب در غبار ریزشی شهر یزد و بهبهان، مواد افزودنی به سوخت خودروها را اصلی‌ترین عامل افزایش غلظت سرب در ایستگاه‌های پر ترافیک شهری زاهدان دانسته‌اند. در خصوص انطباق تراکم نیکل، کادمیوم و کروم با نوار افیولیتی شمال شهر سبزوار بهروش و همکاران (1395) هم در بررسی آلودگی فلزات سنگین در غبار ترافیکی شهر مشهد معتقدند کروم در گرد و غبارهای ترافیکی نقش مهمی نداشته و به نظر می‌رسد نیکل و کروم بیشتر از منشا طبیعی و سرب و روی عمدتا از منشا انسانی حاصل شده است که با نتایج تحقیق صورت گرفته در غبار خیابانی شهر سبزوار مطابقت دارد. در دهه گذشته با وجود اندازه‌گیری مستمر ویژگی‌های ژئوشیمیایی و غلظت فلزات سنگین موجود در غبار ریزشی بیش از ده شهر مهم ایران در زمان‌ها و مکان‌های متفاوت، جدی‌تر شدن بحران زیست‌محیطی ریزگردها، ضرورت مطالعات و تحقیقات بیشتر را به‌صورت تطبیقی اجتناب‌ناپذیر ساخته است.

نتیجه‌گیری

پس از تجزیه و تحلیل دادههای به‌دست‌آمده از ایستگاههای شانزدهگانه غبار ریزشی در شهر سبزوار در طی فصل‌های مختلف سال 1390، نتایج مشخص زیر را میتوان مطرح کرد:

- در مقام مقایسه بیشترین حجم غبار ریزشی مربوط به فصل بهار و کمترین حجم غبار ریزشی مربوط به فصل پاییز است.

- ایستگاه نمونه‌برداری خیابان جهاد کشاورزی در جنوب شرقی سبزوار، در تمامی چهار فصل نمونهبرداری بیشترین حجم غبار دریافتی را دارد.

- تجمع بیشتر غبار ریزشی در بخشهای جنوب شرقی و شرقی شهر سبزوار با نتایج گلبادهای نوزدهساله (سال‌های 1370 تا 1388) شهر کاملا منطبق است.

- از نظر ژئوشیمیایی در فصول پاییز و زمستان میزان آلایندگی فلزات سنگین غبار ریزشی شهر سبزوار نسبت به فصول دیگر بیشتر میباشد.

- آلودگی عناصر کادمیوم و روی با قرار گرفتن در گستره آلودگی شدید و ضریب آلودگی بسیار بالا و قابل توجه در غبار ریزشی شهر سبزوار در درجه اول اهمیت قرار دارند.

- عناصر کروم و نیکل با قرار گرفتن در پهنه آلودگی متوسط و ضریب آلودگی قابل توجه در درجه بعدی اهمیت هستند.

- نیکل میتواند موجب ناراحتیهای پوستی و سرطان‌‌‌های تنفسی شده و کرم شش ظرفیتی ریزگردهای سبزوار میتواند برای چشم، پوست و همچنین بافتهای مخاطی مضر باشد.

- آلودگی عناصر سنگینی مانند مس، سرب و آرسنیک در شرایط فعلی در ریزگردهای شهر سبزوار بحرانی و نگران‌کننده نیست.

سپاسگزاری

این مقاله بر اساس نتایج طرح تحقیقاتی داخلی شماره 20817/71/92 دانشگاه گلستان انجام شده و بدین‌وسیله از حمایت دانشگاه گلستان به‌خصوص معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه برای در اختیار قرار دادن منابع مالی تحقیقاتی تشکر و قدردانی می‌شود.

منابع

- ارسلانی، ف.، علیجانی ، ب.ف.، اکبری، م. و محمدخان، ش.، 1399. بررسی عناصر سنگین ( Pb، Ni، Cu، Cr، Cd ) موجود در غبار ریزشی شهر تهران، پژوهش‌های دانش زمین، سال 11، شماره 44 ، 15- 36.

- اکبری، ع.، عظیم زاده، ح.ر.، اختصاصی، م.ر. و برهان دیانی، س.، 1391. اندازهگیری نرخ غبار ریزشی بر شهر بهبهان (مطالعه موردی : بهار 1391). اولین همایش ملی حفاظت و برنامه‌ریزی محیط‌زیست.

- امینی، آ، .1394. اندازه‌گیری غبار ریزشی شهر سبزوار با استفاده از تله رسوب‌گیر MDCO و بررسی ویژگی‌های رسوب‌شناسی و ژئوشیمیایی رسوبات، طرح تحقیقاتی شماره 20817/71/92 دانشگاه گلستان. 114.

- بهروش، ف.، محمودی قرایی. م.ح.، قاسمزاده، ف. و عوضمقدم، س.، 1394. بررسی آلودگی فلزات سنگین و در غبارهای ترافیکی شهر مشهد و تعیین منشاء آن با استفاده از روش استخراج ترکیبی، مجله علوم زمین، 24، 95، 141 - 150.

- ترنج زر،ح.، مددی، م. ح. و حیدرزاده، م.، 1396. اندازه‌گیری ریزگردها و غبار ریزشی با استفاده از تله رسوب‌گیر در دوره سه ماهه( مطالعه موردی شهر قم ). چهارمین کنفرانس بین‌المللی برنامه‌ریزی و مدیریت. 2 و 3 خرداد 1396.

- جعفری، ف. و خادمی، ح.، 1393. ارزیابی نرخ فرونشست غبار اتمسفری در نقاط مختلف شهر کرمان. فصلنامه علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 70 ، 207 – 216.

- جلیلیان، ع. ح.، 1396 . رسوب‌شناسی و زمین‌شناسی رسوبی ریزگردها در کلان شهر اهواز، فصلنامه زمین‌شناسی ایران، 11، 41، 79- 93.

- صدریان، م. ر.، محمدخان، ش.، مشهدی، ن.، دشتکیان، ک. و علوی پناه، س. ک.، 1392. پهنه‌بندی غبار ریزشی شهر ایلام، سومین همایش ملی فرسایش بادی و طوفان گرد و غبار، 25 تا 26 دی ماه 1392.

- عبداللهی، س .، عظیم زاده، ح .، مصلح آرانی، ا. و اخنصاصی، م، ر.، 1395. بررسی غلظت سرب در غبار ریزشی شهر زاهدان، مقالات پنجمین همایش سراسری محیط‌زیست، انرژی و پدافند زیستی.

- عظیم زاده، ح.ر.، منتظرقائم، م.، ترابی میرزایی، ف. و تجملیان، م.، 1389. اندازه‌گیری غبار غبارریزشی شهر یزد با استفاده از تله رسوب‌گیر MDCO در دوره سه ماهه تابستان 1389. مقالات دومین همایش فرسایش بادی و طوفان‌های گرد و غبار، دانشگاه یزد.

-کریمیان، ب .، لندی، ا.، حجتی، س. و واحدیان، ج.، 1395. بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و کانی‌شناسی گردو غبار در شهر اهواز، فصلنامه تحقیقات آب و خاک ایران، 1 : 159- 173.

- محمودی، ز. و خادمی، ح.، 1393. غلظت برخی فلزات سنگین و گرد و غبار اتمسفری اصفهان و برخی شهرهای مجاور، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 67، 243 تا 255.

- مولایی، ز. و اسماعیلی ساری، ع .، 1399. ارزیابی ریسک اکولوژیک آلاینده‌های سرب و کادمیوم در گرد و غبار حیات مدارس مناطق منتخب شهر تهران ، علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، 22، 7، 405 تا 413.

- Adewale, M. T., Johnson, O.M., Adewole, M.G. and Fataji,O., 2020. Pollution and health risk assessment of road dust from Osogbo metropolis, Osun state, Southwestern Nigeria. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 26; 5, 1254-1269.

- Esen, E., Kucuksezgin, F. and Uluturhan, E., 2010. Assessment of trace metal pollution in surface sediments of Nemrut Bay, Aegean Sea. Environmental Monitoring and Assessment, 160, 257–266.

- Gossen, D. and Offer, Z., 2000. Wind tunnel and field Calibration of six eolian dust samplers, Eolian Environment. 34: 1043-1057. .

- Hakanson, L., 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach. Water Res, 14:975–1001.

-Muller, G., 1969. Index of Geo-Accumulation in Sediments of the Rhine River. GeoJournal, 2, 108-118.

-Trojanowska, M. and Swietlik,R., 2020. Investigations of the chemical distribution of heavy metals in street dust and its impact on risk assessment for human health, case study of Radom

(Poland). Human and Ecological risk Assessment: An International Journal, 26:7, 1907-1926.

Analysis of geochemical features of sabzevar dust, using Marble Dust Collector (MDCO)

Amini, A1. and Shafiei Bafti. B2.

1. Assistant Professor, Department of Geology, Faculty of Sciences, University of Golestan

2. Associate Professor, Department of Geology, Faculty of Sciences, Shahid Bahonar University of Kerman

Abstract

For geochemical studies due to the volume of dust collected and the importance of the samples, basic oxides and trace elements of fine dust were measured using atomic absorption and ICP methods.

Results has shown that the maximum dust volume were collected in the spring while the concentration of most polluting elements is higher in autumn.

In terms of pollution, Cadmium and Zinc are of primary importance in sabzevar due to their very high pollution coefficient. Chromium and Nickle are of secondary importance with being in the range of moderate pollution and significant pollution coefficient. In the current situation, the pollution of elements such as copper, lead and arsenic in the dust of Sabzevar is not critical and worrying.

Keywords: Heavy metal pollution, MDCO, Geochemistry, Sabzevar, Dusts.

[1] Marble Dust Collector

* نویسنده مرتبط: a.amini@gu.ac.ir

[2] (Inductively Coupled Plasma) ICP

[3] Geoaccumulation Index)Igeo)

[4] Contamination factor) Cf )

Share To

Article Url

Analysis of geochemical features of sabzevar dust, using Marble Dust Collector (MDCO)

Rimag

Links

Related Centers

Technical Support

Official pages