وبلاگ

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پژوهش توزیع و زیست­دسترس­پذیری فلزات سنگین در رسوبات ساحلی و دریایی بخش ایرانی خلیج گواتر برای تعیین آلودگی طبیعی و انسانزاد بررسی شد. برای این منظور، 17 نمونه رسوب سطحی و 5 مغزه رسوبی تجزیه، و نتایج با عیار طبیعی منطقه مقایسه شد. غلظت سطحی فلزات نشان می­دهد که بیش­ترین آلودگی فلزات مس و روی، سرب، وانادیم و کروم، و نیکل و کبالت، به ترتیب در اسکله پسابندر، ساحل ماسه­ای پسابندر، و پهنه­های ﮔلی جنگل حرا وجود دارد. ضرایب همبستگی، بیانگر همبستگی بالای آهن، ماده آلی، و کسر رس­اندازه با فلزات بالقوه سمناک به­ویژه مس، روی، و نیکل است. همچنین، توزیع عمقی فلزات در مغزه­های رسوبی نشان می­دهد که در بیش­تر مغزه­ها، سرب غنی­شدگی سطحی، و نیکل و کبالت در همه مغزه­ها غنی­شدگی عمقی دارند. همچنین، بیش­تر فلزات در دو مغزه 3 و 5 غنی شده­اند. محاسبه ضرایب زمین­انباشت مبین آلودگی شدید عناصر روی و مس در اسکله پسابندر است. همچنین، محاسبه شاخص بار آلودگی، و مجموع ریسک­های بالقوه بوم­شناختی نشان می­دهد که بالاترین مقدار PLI و RI مربوط به اسکله پسابندر است. نتایج گونه­پذیری فلزات در کسرهای رسوب نشان می­دهد که عناصر مس و سرب، منگنز، و روی، نیکل، کبالت، کروم، وانادیم، و آهن به ترتیب در کسر کاهش­پذیر، تبادل­پذیر، و بازماندی حضور دارند. حضور غالب عناصر مس، سرب، روی، و منگنز در کسرهای غیربازماندی، بیانگر زیست­دسترس­پذیری بالا، و خطر بالقوه این عناصر در سامانه ساحلی است. به نظر می­رسد که تراکم تردد، و تعمیر و نگهداری شناورهای کوچک و بزرگ دریایی، به­ویژه در دو ناحیه اسکله پسابندر، و حاشیه جنگل حرا، و همچنین هوازدگی واحدهای افیولیتی و آمیزه­های رنگین مکران، دو عامل اصلی انباشت فلزات سنگین در خلیج گواتر باشد.

کلیدواژگان: فلزات سنگین، رسوبات سطحی، خلیج گواتر، اسکله پسابندر، جنگل حرا، زیست­دسترس­پذیری

فهرست مطالب       صفحه

فصل اول

1- مقدمه……………….. 2

1-1 مقدمه. 2

1-2 فلزات سنگین، مصارف، و منابع.. 3

1-3 غلظت های طبیعی فلزات سنگین.. 5

zusa.ir

1-4 رایج ترین عناصر بالقوه سمناک در رسوبات… 5

1-4-1 سرب (Pb) 5

1-4-2 کروم (Cr) 6

1-4-3 روی (Zn) 7

1-4-4 کادمیم (Cd) 7

1-4-5 مس (Cu) 8

1-5 نگاهی اجمالی به آلودگی در محیط دریا 8

1-6 انتقال فلزات سنگین در محیط آب… 9

1-7 آلودگی رسوبات به فلزات سنگین.. 10

1-7-1 اثرات آلودگی فلزات سنگین بر رسوبات… 11

1-8 عوامل مؤثر بر غلظت فلزات سنگین رسوبات دریایی.. 12

1-8-1 ورود فلزات سنگین به رسوبات… 13

1-8-2 بافت رسوب… 13

1-8-3 ترکیب رسوب… 14

1-8-4 واکنش های رداکس…. 14

1-8-5 جذب سطحی/ واجذبی.. 15

1-8-6 انتقال فیزیکی.. 16

1-8-7 زیست آشفتگی.. 16

1-9 زمین شیمی محیط های ساحلی و دریایی.. 17

1-9-1 زمین شیمی رسوبات دریایی.. 18

1-9-2 چرخه زیست زمین شیمیایی عناصر در محیط دریا 21

1-10 توزیع شیمیایی (گونه پذیری) فلزات سنگین در رسوبات… 23

1-10-1 تکنیک های استخراج ترتیبی.. 24

1-10-2 انواع روش های استخراج ترتیبی.. 25

1-10-3 یکدست کردن روندهای استخراج ترتیبی: روش BCR.. 28

1-10-4 انتقادهای وارد بر روشهای استخراج ترتیبی.. 29

1-10-5 اجزای استخراج پذیر در روش های رایج استخراج ترتیبی.. 29

1-10-5-1 کسر تبادل پذیر. 29

1-10-5-2 فاز کربناتی.. 30

1-10-5-3 فاز اکسیدهای آهن و منگنز، یا فاز کاهش پذیر. 30

1-10-5-4 فازهای آلی یا فاز اکسایش پذیر. 31

1-10-5-5 کسر قابل استخراج با اسید قوی یا فاز بازماندی.. 32

1-11 تأثیر شوری بر تحرک فلزات سنگین در رسوبات ساحلی.. 32

1-12 ارزیابی رسوبات آلوده 33

1-13 ضرورت انجام پژوهش در ارتباط با رسوبات آلوده 34

1-14 مطالعات پیشین.. 35

1-15 اهداف پژوهش…. 38

فصل دوم

2- ویژگی های عمومی، و زمین شناسی منطقه…. 42

2-1 مقدمه. 42

2-2 ویژگی های عمومی خلیج گواتر. 43

2-3 زمین شناسی.. 45

2-3-1 زمین شناسی محدوده مورد مطالعه. 45

2-3-1-1 واحد Msm.. 46

2-3-1-2 واحد MP1m.. 46

2-3-1-3 واحد P1sc 47

2-3-1-4 نهشته های ساحلی قدیمی کواترنر(Qmt1) 48

2-3-1-5 واحد QPl 48

2-3-1-6 واحد Qt1. 48

2-3-1-7 واحد      Qt2. 49

2-3-1-8 واحد Qm.. 49

2-3-1-9 واحد Qes 49

2-3-1-10 واحد QId. 49

2-4 جغرافیای دیرینه مکران ساحلی.. 50

2-5 زمین ریخت‌شناسی مکران ساحلی.. 50

2-5-1 رشته های ماسهای.. 52

2-5-2 رودخانه ها 53

2-5-3 پادگانه های دریایی.. 54

2-6 پارامترهای اقلیم شناختی منطقه. 57

2-6-1 دما 57

2-6-2 رطوبت… 57

2-6-3 بارش…. 57

2-6-4  باد. 58

2-7 ویژگی های عمومی دریای عمان.. 58

2-7-1 منشا رسوبات بستر دریای عمان.. 60

2-7-2 پدیده اقلیمی مونسون در دریای عمان.. 60

2-7-3 اقیانوس شناسی فیزیکی دریای عمان.. 62

2-7-4 توده های آبی.. 62

2-8 سوابق تاریخی مطالعات اقیانوس شناختی در دریای عمان.. 64

فصل سوم

3- روش های نمونه برداری، آماده سازی، تجزیه نمونه ها، و تحلیل آماری داده ها……. 68

3-1 انتخاب نقاط نمونه برداری.. 68

3-2 روش نمونه برداری از رسوبات… 73

3-3 آماده سازی نمونه ها 74

3-3-1 آماده سازی اولیه نمونه ها 74

3-3-2 مرحله دوم آماده سازی.. 76

3-4 اندازه گیری پارامترهای کیفی آب… 76

3-4-1 pH، EC، شوری، و دما 76

3-5 اندازه گیری پارامترهای کیفی رسوب… 77

3-5-1 دانه بندی رسوبات… 77

3-5-2 تعیین درصد رطوبت، ماده آلی، و کربنات در نمونه های رسوب… 79

3-5-3 اندازه گیریpH  و EC رسوب… 81

3-5-4 اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) 81

3-6 تجزیه های شیمیایی.. 83

3-6-1 تعیین غلظت کل عناصر در نمونه های رسوب… 83

3-6-2 تعیین غلظت سدیم در آزمایش تعیین CEC رسوب… 83

3-6-3 تعیین غلظت عناصر در هر کسر رسوب… 83

3-7 کسرپذیری عناصر جزئی رسوب بااستفاده از تجزیه استخراج ترتیبی.. 84

3-7-1 دستورالعمل استخراج ترتیبی.. 84

3-7-2 هضم با تیزاب سلطانی.. 84

3-7-3 مراحل استخراج ترتیبی.. 85

مرحله اول (قابل استخراج در اسید/ کسر تبادل پذیر) 85

مرحله دوم (کسر به آسانی کاهش پذیر) 85

مرحله سوم (کسر اکسایش پذیر) 85

مرحله چهارم (کسر بازماندی) 86

3-7-4 بازیابی روند استخراج ترتیبی.. 86

3-8 تحلیل داده ها 86

3-8-1 روش های آماری تحلیل داده ها 86

3-8-1-1 تحلیل توصیفی داده ها و تعیین ضرایب همبستگی.. 86

3-8-1-2 آنالیزهای چندمتغیره 87

الف) تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) 87

ب) تحلیل خوشه ای (CA) 88

3-8-2 روش های آماری مرتبط با تحلیل زمین شیمیایی داده ها 88

3-8-2-1 مقایسه با غلظت های استاندارد جهانی و محلی.. 88

الف) استفاده از ترکیب شیل میانگین و پوسته قارهای بالایی به عنوان ماده مرجع.. 88

ب) استفاده از ترکیب زمینه طبیعی منطقه به عنوان ماده مرجع محلی.. 89

3-8-2-2 محاسبه شاخص های زمین شیمیایی.. 89

الف) ضریب غنی شدگی.. 90

ب) ضریب زمین انباشت… 91

ج) ضریب آلودگی (Cf) و درجه آلودگی  (Cd). 92

د) شاخص بار آلودگی.. 93

ه) خطر بالقوه بوم شناختی (Eri) و ضریب ریسک (RI) 93

و) استانداردهای کیفیت رسوب… 94

3-8-2-3 روش های محاسبه تحرک، زیست دسترس پذیری، و ریسک عناصر. 95

الف) ضریب تحرک عناصر. 95

ب) ضریب آلودگی انفرادی.. 96

ج) ضریب آلودگی کلی.. 96

د) کد ارزیابی ریسک… 96

فصل چهارم

4- ارزیابی زیست محیطی آلودگی رسوبات خلیج گواتر…. 100

4-1 مقدمه. 100

4-2 ویژگی های فیزیکوشیمیایی رسوبات خلیج گواتر. 100

4-2-1 بررسی پارامترهای فیزیکوشیمیایی در نمونه های رسوب سطحی.. 101

4-2-1-1 بافت نمونه های رسوب… 101

4-2-1-2 دما 103

4-2-1-3 شوری.. 104

4-2-1-3-1 نقش پارامترهای دما و شوری در توزیع فلزات سنگین در خلیج.. 104

4-2-1-4 EC نمونه های رسوب و آب روی رسوبات… 105

4-2-1-5 pH نمونه های رسوب سطحی و آب بالای رسوبات… 106

4-2-1-6 محتوای ماده آلی نمونه های رسوب… 107

4-2-1-7 محتوای کربنات نمونه های رسوب سطحی.. 108

4-2-1-8 ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) نمونه های رسوب سطحی.. 109

4-2-2 بررسی پارامترهای فیزیکوشیمیایی در مغزه های رسوبی.. 110

4-2-2-1 pH مغزه های رسوبی.. 110

4-2-2-2 EC مغزه های رسوبی.. 111

4-2-2-3 محتوای ماده آلی در مغزه های رسوبی.. 112

4-2-2-4 درصد کربنات مغزه های رسوبی.. 113

4-2-2-5 ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) مغزه های رسوبی.. 114

4-3 توزیع سطحی فلزات جزئی در نمونه های رسوب سطحی.. 115

4-3-1 روابط بین غلظت فلزات و پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب و رسوب در نمونه های رسوب سطحی   118

4-4 بررسی غلظت فلزات سنگین در مغزه های رسوبی.. 123

4-4-1 روابط بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی و توزیع فلزات در مغزه های رسوبی.. 127

4-5 زمین شیمی عناصر جزئی در رسوبات سطحی منطقه. 129

الف) آمار توصیفی.. 129

ب) مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین رسوبات سطحی خلیج گواتر با میانگین غلظت عناصر نمونه مرجع محلی و استانداردهای جهانی   130

ج) مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین رسوبات سطحی خلیج گواتر با میانگین غلظت عناصر در برخی از خلیج ها و سواحل جهان  133

4-6 ارزیابی سمناکی بوم شناختی فلزات سنگین در رسوبات خلیج گواتر. 134

4-7 همبستگی بین فلزات و پارامترهای زمین شیمیایی.. 137

4-8 تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) 140

4-9 تحلیل خوشه ای (CA) 142

4-10 ارزیابی آلودگی زیستمحیطی فلزات سنگین در رسوبات سطحی خلیج گواتر. 143

4-10-1 ضریب غنی شدگی.. 143

4-10-1-1 ضریب غنی شدگی عناصر در نمونه های رسوب سطحی.. 143

4-10-1-2 محاسبه ضریب غنی شدگی عناصر برای مغزه های رسوبی.. 145

4-10-2 ضریب آلودگی و درجه آلودگی عناصر. 147

4-10-3 محاسبه شاخص زمین انباشت رسوبات خلیج گواتر. 152

4-10-3-1 محاسبه شاخص زمین انباشت برای نمونه های رسوب سطحی.. 152

4-10-3-2 محاسبه شاخص زمین انباشت (Igeo) برای مغزه های رسوبی.. 153

4-10-4 خطر بالقوه بومشناختی (Eri)، ضریب ریسک (RI)، و شاخص بار آلودگی (PLI) نمونه های سطحی   155

فصل پنجم

5- الگوی تفکیک فلزات سنگین در رسوبات سطحی برداشته شده از بخش ایرانی خلیج گواتر با استفاده از روش استخراج ترتیبی……… 160

5-1 مقدمه. 160

5-2 بررسی صحت و دقت نتایج تجزیه استخراج ترتیبی.. 161

5-3 گونه پذیری عناصر در رسوبات سطحی خلیج گواتر. 162

5-3-1 مس…. 162

5-3-2 سرب… 164

5-3-3 روی.. 165

5-3-4 منگنز. 167

5-3-5 کبالت… 169

5-3-6 کروم. 171

5-3-7 نیکل.. 172

5-3-8 وانادیم.. 173

5-3-9 آهن.. 175

5-4 شاخص های ارزیابی تحرک عناصر در رسوبات… 177

5-4-1 ضریب تحرک عناصر. 177

5-4-2 ضریب آلودگی انفرادی و کلی عناصر. 178

5-4-3 کد ارزیابی ریسک… 179

فصل ششم

6- نتیجه گیری و پیشنهادات…….. 183

6-1 مقدمه. 183

6-2 نتایج.. 183

6-3 پیشنهاداتی برای مطالعات آتی.. 189

فهرست منابع و مأخذ

منابع فارسی.. 191

منابع انگلیسی.. 194

پیوست ها

پیوست یک… 219

پیوست دو. 220

پیوست سه. 221

مقدمه

 رسوبات، بخش اساسی و جدایی­ناپذیر سامانه­های آبگین هستند، چرا که زیر لایه­ای برای اندامگان­ها فراهم کرده، و به­وسیله برهمکنش با آب­های احاطه­کننده، نقش مهمی در سامانه­های آبگین ایفا می­کنند (Burden, et al., 2002). رسوبات را می­توان حامل، و منبع آلاینده­ها در سامانه­های آبگین تلقی کرد. آلاینده­ها ضرورتا توسط رسوب تثبیت نمی­شوند، اما ممکن است به­وسیله فرآیند­های زیست­شناختی و شیمیایی، در بخش رسوبی و ستون آب بازیابی شوند. رسوب، یک گرداورنده[1] مهم برای آلاینده­های فلزی در سامانه­های آبگین است. امروزه، بسیاری از مواد شیمیایی انسان­زاد پس از ورود به سامانه­های آبگین، بر روی سطح رسوبات انباشته می­شوند. این آلاینده­ها ممکن است به­طور مستقیم توسط واحد­های صنعتی، و تصفیه­خانه­های فاضلاب شهری، و یا به­طور غیر­مستقیم، توسط رواناب­های آلوده مناطق شهری و کشاورزی در سامانه­های آب تخلیه شوند. در نتیجه، رسوبات بسیاری از بندر­های صنعتی، و نواحی ساحلی اطراف جهان، داری غلظت بالایی از فلزات سنگین هستند، که می­تواند نشانگر­ بسیار مهم آلودگی محیط­ آب باشد (Miller et al., 2000, Chen, et al., 2001, Feng, et al., 2004, Wang et al., 2007).

رسوبات آلوده می توانند حیات آبزیان در محیط دریا را به خطر بیندازند. آلاینده­های همراه­ با رسوب ممکن است توسط آبزیان، زیست­انباشت، و به زنجیره غذایی منتقل شوند. اندامگان­های کف­زی[2] با رسوبات تماس مستقیم دارند، و میزان آلودگی رسوب ممکن است اثر بارزتری بر حیات آنها داشته باشد (Malins, et al., 1984). برخی از آلاینده­های رسوب، توسط کف­زیان در فرآیندی به نام زیست­انباشت[3] جذب می­شوند. هنگامی که جانوران بزرگتر، از این اندامگان­های آلوده تغذیه می­کنند، مواد سمناک را ناخواسته وارد بدن خود می­کنند، و بدین ترتیب، با ورود به جانوران رده­بالاتر در زنجیره­غذایی، طی فرآیندی موسوم به زیست­بزرگسازی[4]، غلظتهای بسیار بالایی از آلاینده­های بالقوه­سمناک در بدن آنها انباشته می­شود. ماهی ها، صدف ها، پرندگان آبزی، و پستانداران دریایی ممکن است غلظت­های خطرناکی از مواد شیمیایی سمناک را در بدن خود انباشته کنند (Begum, et al., 2009).

 

1-2 فلزات سنگین، مصارف، و منابع

 فلزات سنگین، [5]زیرمجموعه‌ای از عناصر بالقوه­سمناک موجود در جدول تناوبی هستند، كه اغلب ویژگی‌های فلزی دارند. تعاریف مختلفی بر اساس چگالی، عدد اتمی، عدد جرمی، و ویژگی‌های شیمیایی و سمناكی برای این دسته از عناصر ارائه شده­است. از آنجا كه این اصطلاح تعاریف مختلفی را شامل می‌شود، امروزه اصطلاحات دیگری همچون فلزات سمناک[6]، و یا فلزات جزئی[7] كاربرد بیشتری دارد (Sarkar, 2002). فلزات سنگین به دلیل سمناکی بالا، قابلیت زیست­انباشت، و ماندگاری زیاد، خطرات زیست­محیطی زیادی برای زیست­بوم­ها دارند (Tam and Wong, 2000; Clark et al., 1998). برخی از عناصر بالقوه­سمناک، عناصر ریزمغذی ضروری[8] (Fe، Co، Cu، Zn، As، Se، Mo، Mn، Cr) هستند، که كمبود و بیشبود آنها به مسمومیت موجودات زنده منجر می‌شود. برخی دیگر نیز عناصر ریزمغذی غیرضروری[9] (Cd، Hg، Pb) هستند، كه عدم مصرف آنها برای موجود زنده مشكل­ساز نیست، اما بیشبود،‌ عدم دفع، و زیست­انباشت آنها منجر به مسمومیت می‌شود. فلزات، نقش حیاتی و ارزشمندی در توسعه صنعت، و پیشرفت فناوری دارند. از آنجا که این فلزات پس از مصرف، تجزیه نمی­شوند، و بنابراین در محیط زیست انباشته می‌شوند، غلظت بالای آنها به از­بین­رفتن تعادل در بوم‌سامانه­ها منجر شده، و مشكلات متعددی را به همراه خواهد داشت. عناصر As، Cd، Cr، Pb، و Hg، به دلیل ویژگی­های سرطان‌زایی، و دیگر مشكلات سلامتی و بهداشتی، بیش از سایر عناصر بالقوه­سمناک در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته‌اند. فجایع بزرگ انسانی، مانند آنچه كه در میناماتای ژاپن (Hg)، بنگال غربی و بنگلادش (As)، و بیماری ایتای ایتای (Cd) در ژاپن اتفاق افتاد، و یا انواع بیماری­های عصبی و كُندذهنی كودكان (Pb)، دلیلی بر اهمیت بیشتر این عناصر است (Selinus et al., 2005). علاوه بر منابع طبیعی، كاربرد این عناصر در صنعت، معدن، و كشاورزی منجر به افزایش غلظت این عناصر در بوم‌سامانه‌های مختلف شده است، و در صورت عدم كنترل، تصفیه، و جداسازی این عناصر،‌ بوم‌سامانه­ها با مشكلات متعددی مواجه خواهند شد.

در طبیعت، گونه های انحلال­پذیر فلزات، فراوان، و به آسانی دسترس­پذیر هستند. فراوانی معمولا فلزات دسترس­پذیر را به آنهایی که اعداد اتمی زیر 40 دارند، محدود می­کند. از دیدگاه آلودگی زیست­محیطی، فلزات ممکن است بر اساس سه معیار زیر رده­بندی شوند (Wood, 1974):

غیربحرانی (Rb, Li, Sr, Al, Ca, K, Fe, Mg, Na)،
سمناک، اما بسیار انحلال­ناپذیر، و یا بسیار کمیاب (Rh, Ba, Ru, Ir, Os, La, Ga, Ta, W, Zr, Hf, Ti)،
بسیار سمناک، و نسبتا دسترس­پذیر (Bi, Sb, Pb, Ti, Hg, Cd, Ag, Te, Se, As, Cr, Sn, Zn, Cu, Ni, Co, Be).
فلزات سنگین به صورت اجزای سنگ کره، به­طور طبیعی رخ می­دهند، و به­وسیله فرآیندهای آتشفشانی، و هوازدگی و فرسایش سنگ­ها در محیط زیست آزاد می­شوند (Fergusson, 1990). هر چند، آزاد­شدن بزرگ­مقیاس فلزات سنگین در محیط­های آبگین (مانند تصفیه­خانه­های پساب­های شهری، صنایع تولیدی، و فعالیت­های کشاورزی)، اغلب پیامد مداخله انسان است (Mance, 1987; Denton, et al., 1997; Güven and Akıncı, 2008). نواحی ساحلی، از جمله حساس­ترین محیط­ها است، که به­خاطر اثر­های منفی ناشی از فشار­های انسانی، مانند افزایش شهر­نشینی، توسعه صنعتی، و فعالیت­های تفریحی، مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، میزان آلودگی سواحل، اغلب به­خاطر منابع آلودگی موجود در خشکی­های مجاور افزایش یافته است (Fergusson, 1990; Wang et al., 2007). فرآیند­ها­یی مثل معدنکاری، ذوب کانسنگ­های فلزی، و پالایش، که خروجی­های باطله تولید می­کنند، اغلب منابع بالقوه­ فلزات سنگین در محیط­های آبگین هستند (Denton et al., 2001). همچنین، فاضلاب­های خانگی، لجن فاضلاب، رواناب­های شهری، و آبشویی از محل دفن زباله­های جامد، منابع دیگر ورود فلزات سنگین به رودخانه­ها، خورها، و آب­های ساحلی است (Mance,1987). بخش دیگری از ورود فلزات انسان­زاد به آب­های ساحلی در مجاورت مراکز شهری و صنعتی ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی است. بنادر، و لنگر­گاه­های کوچک قایق­های شخصی، همچنین، فعالیت های تفریحی، تجاری،