بررسی خصوصیات ژئوشیمیایی و کانی شناسی گرد و غبار اتمسفری اصفهان

STUDENT

DEGREE

YEAR

Dust is widely distributed in the environment and has fundamental impact on terrestrial ecosystems. Dust deposition is important from environmental and soil fertility points of view and plays a major role in loess formation and geomorphic processes in arid and semiarid regions. Due to the great distribution potential of dust particles in the environment, heavy metals bound to dust particles are easily and widely dispersed in large areas. This is why too many studies have been focused on heavy metal concentration in atmospheric dust. Isfahan province is an important arid to semiarid area in Iran where natural and industrially derived dust deposition is an issue. To study the properties of deposited dust in the Isfahan area, 36 locations distributed over the cities of Isfahan, Khomeinishahr, Falavarjan, Zarinshahr and Mobarakeh were randomly chosen. Dust samples were taken from all the locations for a period of 5 months. The dust sampler was a 2-m 2 dry glass tray with a 2x2 mm mesh PVC net fixed on the top. In each location, the dust samplers were placed at the roof of the building about 3 m above the ground. In total, 144 dust samples trapped in 4 different periods were collected. The main objectives of this study were (i) to evaluate the rate of dust deposition, (ii) to determine physic-chemical and mineralogical properties of dust, (iii) to determine the concentration of major heavy metals in dust, (iv) to use magnetic susceptibility measurement to predict heavy metal pollution in dust, and (v) to recognize the possible source(s) of dust deposition in the Isfahan region. The study area was subdivided into 3 areas including (1) Isfahan, an urban area with a heavy traffic, (2) Mobarakeh and Zarinshahr, an industrial area, and (3) Falavarjan and Khomeinishahr, an urban area with a low traffic. The dust deposition rate (DDR) was measured in all the locations. The concentration of Fe, Mn, Pb, Ni, Cu, Co, Cr, Zn and Cd as well as the magnetic susceptibility, chemical properties, particle size distribution and clay mineralogy of the dust samples were determined. The maximum and minimum DDR were found in October and November-December periods, respectively. The mean DDR decreased with altitude significantly. The results also showed that the concentration of all the heavy metals was highest in Nov.-Dec. period when an inversion temperature event prevailed in the area. The highest level of Fe and Mn was found in the dust samples from the industrial locations (Mobarakeh and Zarinshahr), while the highest Cu and Ni level was found in the Isfahan city and the maximum Zn, Pb and Cd in the urban area having low traffic. Both Cr and Co did not show significant spatial variability. The highest concentration of heavy metal followed the order of Fe Mn Zn gt; Ni Cu Co Cr Cd. The magnetic susceptibility at both low and high frequencies were highest in the industrial area during the period of Nov.-Dec. and were well correlated with Fe and Mn contents of the dust samples. The value of % ? fd was also found minimum in the industrial area indicating that the atmospheric dust is very much influenced by human activities. The mean EC value of the dust samples was 5.6 dS m -1 and was highly affected by the Na concentration. This variable decreased from Isfahan to Zarinshahr. The mean pH value of the dust samples was 10.3 having a significant correlation with soluble CO 3 2- . In contrary to EC, the value of pH decreased from Mobarakeh to Isfahan. Dust particles mostly had a texture of silty clay loam with an average silt, sand and clay content of 52%, 17% and 31%, respectively. In all the 3 areas, kaolinite, palygorskite, chlorite, smectite, illite, quartz, feldspar and plagioclase dominated the clay fraction of dust. These minerals are similar to those reported for the soils of eastern Isfahan. In conclusion, climatic data as well as chemical, physical and mineralogical properties of the dust samples show that the soils occurring in eastern Isfahan appear to be the major source of dust in the region. Keywords Dust deposition, Heavy metals, Dust origin, Isfahan, Chemical Characteristic, Mineralogy

فرونشست گرد و غبار پتانسیل پراکندگی زیادی داشته و اثرات مهمی بر اکوسیستم خاکی دارد. این پدیده از نظر زیست محیطی و حاصلخیزی خاک مهم بوده و نقش مهمی در تشکیل لُس ها و فرآیندهای ژئومورفیک در مناطق خشک و نیمه خشک ایفا می کند. به سبب قدرت انتشار زیاد ذرات گرد و غبار در محیط، فلزات سنگین با اتصال به این ذرات قادرند در مقیاس وسیعی منتشر شوند، ‌بنابراین، شمار قابل ملاحظه ای از مطالعات غلظت فلزات سنگین در فرونشست اتمسفری را مورد مطالعه قرار می دهند. استان اصفهان یکی از مناطق خشک و نیمه خشک کشور است که دارای منابع گسترده صنعتی و طبیعی تولید گرد و غبار می باشد.به منظور مطالعه خصوصیات مهم در گرد و غبار فرونشسته در اصفهان تعداد 36 نقطه در شهرهای اصفهان، خمینی شهر، فلاورجان، زرین شهر و مبارکه به طور تصادفی انتخاب شد و گرد و غبار از این مناطق طی 5 ماه (ابتدای مردادماه تا انتهای آذرماه) و طی 4 مرحله جمع آوری گردید. جهت به دام انداختن گرد و غبار از تله های شیشه ای یک مترمربعی استفاده شد و تعداد 2 تله در بالای پشت بام در هر یک از نقاط مورد نظر بالاتر از سطح زمین قرار داده شد. در مجموع 144 نمونه گرد و غبار از این مناطق طی چهار دوره زمانی (5 ماه) جمع آوری گردید. هدف از جمع آوری گرد و غبار دانستن نرخ فرونشست اتمسفری گرد و غبار اتمسفری، وضعیت غلظت فلزات سنگین در گرد و غبار، کاربرد پذیرفتاری مغناطیسی برای پیش بینی وضعیت آلودگی فلزات سنگین، بررسی خصوصیات شیمیایی و فیزیکی گرد و غبار، تعیین منشا گرد و غبار و بررسی تغییرات زمانی و مکانی پارامترهای ذکر شده می باشد. به منظور مقایسه مکانی خصوصیات اندازه گیری شده در گرد و غبار منطقه مورد مطالعه به سه منطقه شهری صنعتی شامل زرین شهر و مبارکه، منطقه شهری با ترافیک سنگین شامل شهر اصفهان و منطقه شهری با ترافیک کم شامل فلاورجان و خمینی شهر تفکیک شد. در این پژوهش نرخ فرونشست گرد و غبار بر حسب واحد جرم بر واحد سطح در واحد زمان گزارش گردید و پذیرفتاری مغناطیسی نمونه های گرد و غبار با استفاده از حسگرMS2B تعیین گرید. غلظت کل فلزات سرب، روی، کادمیوم، منگنز، کرم، کبالت، نیکل، مس و آهن قابل عصاره گیری با آمونیوم اکسالات با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین گردید. غلظت یون های محلول در آب شامل کلسیم، منیزیم، کلر، کربنات و بیکربنات با استفاده از تیتراسیون، یون های سدیم و پتاسیم با استفاده از دستگاه فلیم فوتومتر و یون سولفات با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری شد. میزان پ-هاش و هدایت الکتریکی نیز در عصاره 1:5 آب به گرد و غبار تعیین گردید. توزیع اندازه ذرات نیز در نیمی از نمونه ها با استفاده از الک 270 مش و دستگاه سانتریفیوژ تعیین شد. به منظور بررسی تغییرات کانی شناسی در مناطق مختلف و در طول دوره نمونه برداری از هر منطقه یک ایستگاه انتخاب و در مجموع 12 نمونه از نظر کانی شناسی بخش رس توسط دستگاه پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار گرفتند. نرخ فرونشست به دست آمده در این مطالعه در مهرماه حداقل و در آبان-آذر حداکثر بوده و در شهریور و مرداد مابین این دو دوره بدست آمد. همچنین این نرخ با افزایش ارتفاع به طور معنی داری کاهش نشان داد. نتایج بدست آمده از این مطالعه حاکی از بالا بودن غلظت کلیه فلزات در طول دوره آبان-آذر می باشد. حداکثر غلظت فلزات آهن و منگنز در منطقه شهری صنعتی (مبارکه و زرین شهر)، مس و نیکل در منطقه شهری با ترافیک سنگین (اصفهان) و سرب، روی و کادمیوم در منطقه شهری با ترافیک کم مشاهده گردید. غلظت کل فلزات کرم و کبالت بین این سه منطقه اختلاف معنی داری نشان نداد. بالاترین میانگین غظت فلز در فرونشست جوی در طول دوره نمونه برداری به ترتیب مربوط به Cd Cr Co Cu Ni lt; Zn Mn Feمی باشد. پذیرفتاری مغناطیسی در فرکانس بالا و پایین در منطقه صنعتی و در دوره آبان-آذر حداکثر بوده و همبستگی خوبی با غلظت فلزات آهن و منگنز در گرد و غبار نشان دادند. پذیرفتاری مغناطیسی وابسته به فرکانس نیز در منطقه صنعتی حداقل به دست آمد که نشان می دهد ذرات گرد و غبار اتمسفری شدیدا تحت تاثیر فعالیت های انسانی هستند.همبستگی معنی داری بین ? lf و ? fd %به دست آمد و به این مطلب اشاره می کند که ذرات چند حوزه ای (MD) و تک حوزه ای پایدار (SSD) ناشی از فعالیت های آنتروپوژنیک در گرد و غبار غالب می باشند.میانگین ECبدست آمدهdS/m6/5 بوده و این پارامتر به میزان قابل توجهی تحت تاثیر غلظت یون سدیم بوده و از سمت اصفهان به زرین شهر کاهش نشان داد. میانگین pH 3/10 به دست آمد و همبستگی معنی داری با غلظت گونه های کربنات محلول در گرد و غبار نشان داد. این پارامتر برخلاف EC از سمت مبارکه به سمت اصفهان کاهش می یابد. بافت ذرات گرد و غبار عمدتا لومی رسی سیلتی بوده و به طور میانگین ذرات از 17% شن، 52% سیلت و 31% رس تشکیل شده است. کانی های غالب دربخش رس در هر سه منطقه مشابه بوده و شامل کائولینیت، پالیگورسکیت، کلریت، اسمکتیت، ایلیت، کوارتز، فلدسپار و پلاژیوکلاز می باشد. این کانی ها مشابه کانی های گزارش شده برای منطقه شرق اصفهان می باشد. با توجه به تشابه خصوصیات شیمیایی و کانی شناسی گرد و غبار با خاک های منطقه شرق اصفهان و نظر به الگوی جهت جریان باد و اندازه ذرات که حاکی از فاصله متوسط تا دور انتقال ذرات می باشد می توان منطقه شرق اصفهان را منبع ا صلی برای گرد و غبار اتمسفری اصفهان دانست. کلمات کلیدی: نرخ فرونشست، فلزات سنگین، منشأ گردو غبار، اصفهان، خصوصیات شیمیایی، کانی شناسی