دانشگاه هرمزگان
دانشکده علوم پایه
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته زیست شناسی دریا – گرایش جانوران دریا
عنوان :
تجمع زیستی فلزات سنگین(نیکل و کادمیوم) در بافت اسکلتی و رسوبات مرجان های سخت غالب در جنوب جزیره قشم – خلیج فارس
استاد راهنما:
دکتر علیرضا ریاحی بختیاری
اساتید مشاور:
دکتر احسان کامرانی- دکتر میرمسعود سجادی
دانشجو:
رضا باقرزاده
شهریور 1390

اینجانب …………… دانشجوی ورودی سال …… مقطع کارشناسی ارشد رشته ………………….گرایش ……………… متعهد می شوم چنانچه بر اساس مطالب پایان نامه ی خود اقدام به انتشار مقاله، کتاب و … نمایم ضمن مطلع کردن استاد راهنما، با نظر ایشان نسبت به نشر کتاب و مقاله و … به صورت مشترک و با ذکر نام استاد راهنما مقدم بر نام خود مبادرت کنم.

نام و نام خانوادگی دانشجو
امضا
اینجانب …………… دانشجوی ورودی سال …… مقطع کارشناسی ارشد رشته ………………….گرایش ……………… گواهی می کنم چنانچه در پایان نامه خود از فکر ایده و نوشته دیگری بهره گرفته ام، با نقل قول مستقیم یا غیر مستقیم منبع و ماخذ را نیز در جای مناسب ذکر کرده ام بدیهی است مسئولیت تمام مطلبی که نقل قول دیگران نباشد بر عهده خویش می دانم و جوابگوی آن خواهم بود.
نام و نام خانوادگی دانشجو
امضا
چکیده
تحقیق حاضر به منظور بررسی غلظت فلزات نیکل و کادمیوم در بافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامون آنها در ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم انجام شد. آنالیز فلزات در نمونه های مرجانی و رسوبات هضم شده با استفاده از دستگاه جذب اتمی کوره ای گرافیتی جهت سنجش سطوح کادمیوم و دستگاه جذب اتمی شعله جهت سنجش سطوح نیکل انجام گرفت. نتایج حاصل نشان داد که از لحاظ غلظت عنصر نیکل دربافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم اختلاف معنی دار آماری وجود دارد (001/0P<). همچنین از لحاظ غلظت عنصر کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان خانواده Faviidae بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم اختلاف معنی دار آماری وجود دارد(001/0P<). از لحاظ غلظت عناصر نیکل و کادمیوم در رسوبات پیرامونی خانواده های مرجانی Faviidae و Poritidae نیز بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم اختلاف معنی دار وجود داشت(بترتیب 05/0P< و 001/0P<). غلظت فلز نیکل در ایستگاه شیب دراز مابین مرجان های خانواده Faviidae و رسوبات پیرامونش همبستگی معنی دار معکوسی موجود می باشد. غلظت فلز کادمیوم نیز در ایستگاه های پارک زیتون و منطقه شیب دراز دربین مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae هر ایستگاه از لحاظ آماری دارای همبستگی معنی دار می باشد. پایش آلودگی توسط فلزات سنگین در دراز مدت در مدیریت مناطق ساحلی بسیار حائز اهمیت می باشد؛ لذا با توجه به اهمیت بسزای اکوسیستم مرجانی جنوب جزیره قشم و نتایج حاصل شده از این تحقیق مرجان ها می توانند به عنوان موجودات پایشگر زیستی توصیه شوند.
واژ های کلیدی: فلزات سنگین، نیکل، کادمیوم، بافت اسکلتی مرجان، رسوبات، جزیره قشم، خلیج فارس
تقدیم به

محضر ارزشمند پدر و مادر عزيزم به خاطر همه ی تلاشهای محبت آمیز ی که در دوران مختلف زندگی ام انجام داده اند و با مهربانی چگونه زیستن را به من آموخته اند.
به آنان که در راه کسب دانش راهنمایم بودند .
با سپاس از همه عزيزاني که در اين راه مشوق من بوده اند و در انجام اين مطالعه مرا ياري نمودند :
استاد عزيز و گرامي ام جناب آقاي دكتر عليرضا رياحي بختياري، که راهنمايي اين پايان نامه را به عهده داشتند. از زحمات بي‌دريغ، تلاش‌هاي بي‌وقفه و راهنمايي‌هاي ارزشمند ايشان در راستاي انجام اين پروژه تشكر و قدرداني مي نمايم.
استاد مهربانم جناب آقاي دكتر احسان کامراني، که هيچ گاه از مشاوره هاي بي شاعبه و مستمر خود مضايقه نداشتند.
استاد گرانقدر جناب آقاي دکتر مير مسعود سجادي که در دوران تحصيل و روند انجام اين پايان نامه همواره مشوق و پشتيبان اينجانب بوده اند.
جناب آقاي دکتر محمد رضا طاهري زاده به جهت مساعدتهاي بسيارشان، کمال تشکر را از ايشان دارم.
با سپاس بيکران بر همدلي و همراهي و همگامي همکار دلسوز و مهربانم سرکار خانم زهرا درويش نيا که در تمامي مراحل انجام اين پايان نامه مرا ياري نمودند و به پاس محبت هاي بي دريغشان که هرگز فروکش نکرد.
جناب آقاي دکتر حميد رضايي مارناني، جناب آقاي دکتر عبدالوهاب مقصود لو، خانم دکتر حميرا آگاه به پاس کمک هاي ارزنده شان
جناب آقاي مهندس ابوالفضل يزداني دوست عزيز و مهربانم
سرکار خانم افشار کارشناس محترم آزمايشگاه دانشگاه تربیت مدرس تهران
شکر ،
فهرست مطالب صفحه
فصل اول (کلیات)
1-1- مقدمه2
1-2- جزیره قشم2
1-2-1- موقعيت جغرافيايي2
1-2-2- وضعيت آب هاي اطراف جزيره قشم از نظر جزر و مد و جريان هاي دريايي3
1-3- منابع آلوده کننده محیط های دریایی4
1-3-1- آلودگی خلیج فارس6
1-4- فلزات سنگین7
1-4-1- راه های ورود فلزات9
1-4-1-1- راه های ورود فلزات به دریا9
1-4-1-2- ورود فلزات از طریق هوا9
1-4-1-3- ورود فلزات از طریق رودخانه ها11
1-4-1-4- ورود فلزات به طرق دیگر11
1-4-2- نیکل11
1-4-2-1- منابع ورود نیکل به محیط زیست و دریا12
1-4-3- کادمیوم12
1-4-3-1- منابع ورود کادمیوم به محیط زیست و دریا13
1-4-4- مروری بر سمیت برخی فلزات برای جانوران دریایی14
1-5- شاخص های زیستی آلودگی15
‏1-5-1- کاربرد بیواندیکاتورها16
‏1-5-2- استفاده های بالقوه بیواندیکاتورها16
1-5-3- ویژگی های بیواندیکاتورها16
1-6- آبسنگ های مرجانی21
1-6-1- ضرورت مطالعه آبسنگ های مرجانی22
1-6-2- جایگاه آبسنگ های مرجانی در رده بندی تکاملی موجودات23
1-6-2-1- شاخه مرجانیان23
1-6-2-2- رده …….……………………………………………………..Anthozoa23
1-6-2-3-.Faviidae………………………………………………………………………………………………………………………..24
1-6-2-3- خانواده Poritidae………………………………………………………………………………………………………….24
1-6-3- توزیع آبسنگ های مرجانی24
‏ 1-6-4- فاکتورهای محدودکننده توزیع آبسنگ های مرجانی25
‏1-6-5- انواع آبسنگ های مرجانی26
‏1-6-6- فرآیند رشد در آبسنگ های مرجانی26
1-6-7- روش های مختلف ته نشینی کربنات کلسیم در مرجان های سخت در طول رشد27
1-6-8- ساختمان مرجان های سخت28
1-6-8-1- ساختارداخلی28
1-6-8-2- اسکلت مرجان های سخت30
1-6-9- بیماری در مرجان های سخت31
1-6-10- پدیده سفید شدگی در مرجان های سخت32
1-6-11- آبسنگ های مرجانی ایران32
1-6-12- تهدیدات مختلف در مقابل آبسنگ های مرجانی34
‏1-6-12-3- عوامل طبیعی37
1-7- اهمیت تحقیق37
1-8- اهداف40
1-9- فرضیه های آماری40
1-10- پیشینه تحقیق41
1-10-1- کاربرد مرجان های سخت Scleractinian جهت بررسی فلزات سنگین41
فصل دوم(مواد و روش ها)
2-1- عملیات میدانی53
2-1-1- انتخاب مکان نمونه برداری53
2-1-2- نمونه برداری54
2-2- عملیات آزمایشگاهی56
2-2-1- دستگاه های مورد نیاز56
2-2-2- مواد مورد نیاز57
2-2-3- شناسایی مرجان های سخت58
2-2-4- آماده سازی نمونه ها58
2-2-4-1- شستن لوازم آزمایشگاهی60
2-2-5- هضم نمونه ها61
2-2-5-1- هضم نمونه های مرجان61
2-2-5-2- هضم نمونه های رسوب65
2-2-6- روش های اندازه گیری فلزات سنگین65
2-2-6-1- انتخاب روش66
2-2-6-2- محدودیت ها و مشکلات کار با دستگاه طیف سنجی جذب اتمی67
2-2-6-3- کنترل کیفی68
2-2-7- سنجش مقادیر فلزات در نمونه ها69
2-3- تجزیه و تحلیل های آماری72
فصل سوم (نتایج)
3-1- نتایج75
3-2- نرمال بودن داده ها75
3-3- نتایج مربوط به سطوح فلزات در بافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها75
3-3-1- غلظت عنصر نیکل دربافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم77
3-3-2- غلظت عنصر کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم77
3-3-3- غلظت عناصر نیکل و کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae در هریک از ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم79
3-4- نتایج مربوط به سطوح فلزات به صورت نمودار79
3-5- مقایسه ایستگاه ها ازلحاظ غلظت فلزات نیکل و کادمیوم بدون درنظرگرفتن نوع و خانواده نمونه ها84
3-6- نتایج مربوط به ارتباط سطوح فلزات نیکل و کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها در هر ایستگاه و همبستگی های معنی دار84
3-7- مقایسه ایستگاه ها از لحاظ غلظت فلزات نیکل و کادمیوم به عنوان متغیر همزمان84
فصل چهارم(بحث و نتیجه گیری کلی)
4-1- غلظت عناصر نیکل و کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم87
4-2- ارتباط سطوح فلزات نیکل و کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها در هر ایستگاه و همبستگی های معنی دار88
4-3- عناصر نیکل و کادمیوم در مرجان های خلیج فارس97
4-3-1- عناصر نادر در اسکلت کربنات کلسیمی مرجان ها97
4-3-2- ورود عناصر نادر به کانیهای کربناته اسکلتی97
4-4- تاثیر آلودگی های نفتی بر روی مرجان های خلیج فارس101
4-5- آلودگیهای نفتی در خلیج فارس104
4-5-1-آلودگی های نفتی حاصل از نشت نفت به محیط حین بهره برداری105
4-5-2- آلودگیهای نفتی حاصل از سوانح ناشی از جنگ و آسیب دیدن نفتکش ها106
4-5-3- مسیر حرکت لکه های نفتی ایجاد شده در حادثه های نوروز و جنگ خلیج فارس و آلودگی سواحل107
4-6- نفت در رسوبات108
4-7- آلودگی به وجود آمده در اثر اشتعال چاههای نفت کویت در جنگ خلیج فارس109
4-8- نتیجه گیری نهایی110
4-9- پیشنهادات112
منابع فارسی و انگلیسی114
فهرست جداول صفحه
جدول 1-1: فهرستی از صنایع به همراه فلزات سنگین احتمالی در پساب5
جدول 1-2: انتشار و فلزات کم مقدار در جو سطح جهان.9
جدول 1-3: انتقال فلزات از هوا به سطح دریا ( برحسب نانوگرم بر سانتیمتر مربع)10
جدول1-4: مقایسه اختصاصات بیواندیکاتورها و بیومارکرها17
جدول 1-5: نمونه هایی از میزان فلزات توسط ارگانیزم های مختلف18
جدول 1-6: روش های اصلی مورد استفاده در پایش زیستی20
جدول1-7: جزاير مرجاني خليج فارس33
جدول1-8: وسعت ودرجه بندی تهدیدات بروی آبسنگ های مرجانی نواحی مختلف دنیا34
جدول 1-9: خلاصه ای از مطالعات منتخب پیشین بر روی غلظت فلزات سنگین در مرجان ها….
جدول2-3: شرایط زمانی و دمایی نمونه در دستگاه جذب اتمی کوره گرافیتی(SHIMADZU,AA 670G).71
جدول3-1: برخی از گزینه های آمار توصیفی(میانگین، مقدار انحراف از معیار استاندارد، دامنه تغییرات داده ها و ماکزیمم و مینیمم همه داده ها) برای بررسی و مقایسه غلظت عناصر نیکل و کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی آنها در هریک از ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم.76
جدول 3-2: نتایج حاصل از مقایسه عناصر نیکل و کادمیوم در دربافت اسکلتی مرجان خانواده Faviidae بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم (میانگین ± انحراف از معیار)78
جدول3-3: نتایج حاصل از مقایسه عناصر نیکل و کادمیوم در دربافت اسکلتی مرجان خانواده Poritidae بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم (میانگین ± انحراف از معیار)78
جدول 3-4: نتایج حاصل از مقایسه عناصر نیکل و کادمیوم رسوبات پیرامونی مرجان ها بین ایستگاه های پارک زیتون، جزایر ناز و منطقه شیب دراز جنوب جزیره قشم (میانگین ± انحراف از معیار)79
جدول 4-1: کاربری نواحی ساحلی و دریا و فشارهای اصلی محیطی در خلیج فارس…………………….102
جدول 4-2: عمده ترین وقایع اخیر نشت نفت در خلیج فارس………………………………………………………..106
فهرست شکل ها صفحه
شکل 1-1: شکل شماتیک از آنتوزوا (b) برش عرضی از قسمت دهانی پولیپ مرجان و قسمت های تشکیل دهنده……………………………………………………………………………………………………………..29
شکل 1-2: بخش های مختلف کورالیت و اسکلت در مرجان های سخت………………………………………….31
شکل 2-1: ایستگاه های نمونه برداری بر روی نقشه ماهواره ای……………………………………………………………………………………………………..53
شکل 2-2: عملیات نمونه برداری نمونه برداري به روش غواصي SCUBA………………………………………………………………………………….55
شکل 2-3: مراحل آماده سازی نمونه ها در آزمایشگاه…………………………………………………………………………………………………………………….59
شکل 2-4: مراحل سنجش غلظت فلزات نیکل و کادمیوم در آزمایشگاه…………………………………………………………………………………………68
شکل3-1: میانگین غلظت عنصر نیکل در بافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی(Sediment) آنها بین ایستگاه های پارک زیتون(St.1)، جزایر ناز(St.2) و منطقه شیب دراز(St.3) جنوب جزیره قشم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….80
شکل3-2: میانگین غلظت عنصر کادمیوم دربافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی(Sediment) آنها بین ایستگاه های پارک زیتون(St.1)، جزایر ناز(St.2) و منطقه شیب دراز(St.3) جنوب جزیره قشم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….81
شکل3-3: نمودارهای Error bar (پراکندگی حول میانگین)(راست) و Boxplot (پراکندگی حول میانه) (چپ) غلظت فلزات نیکل و کادمیوم(میکروگرم بر گرم وزن خشک) در دربافت اسکلتی مرجان های خانواده های Faviidae و Poritidae و رسوبات پیرامونی(Sediment) آنها بین ایستگاه های پارک زیتون(S1)، جزایر ناز(S2) و منطقه شیب دراز (S3)جنوب جزیره قشم…82
شکل4-1 : الگوهای تغذیه مرجان…………………………………………………………………………………………………………………………………100
فصل اول
کلیات
1-1- مقدمه
خليج فارس به عنوان يك محيط دريايي نيمه بسته است که به علت بهره برداري گسترده از ذخائر عظيم نفتي در فلات قاره و نقل و انتقالات فراوان مواد نفتي و نفتكش ها ميزان بار آلودگي موجود در هر كيلومتر مربع از سطح این دریا بيش از مقدار متوسط جهاني برآورده شده است. طبق آمار حدود نيمي از نفت خام و فرآورده هاي نفتي كه توسط كشتي ها صادر ميگردد از اين خليج مي گذرد و آلودگي حاصل از حمل و نقل مواد نفتي در خليج فارس حدود 86% كل آلودگي نفتي آن تخمين زده شده است كه در مقام مقايسه حدود 2 برابر سهم آلودگي در اثر حمل و نقل دريائي در سطح جهاني مي باشد. (Al- Saleh & Shinwari, 2002; Dugo et al., 2006; Agah et al., 2009; Ganjavi et al., 2010 ).
شرایط خاص فیزیوگرافیک و بوم شناختی خلیج فارس، استخراج و صدور نفت از این منطقه به دیگر مناطق جهان، تبخیر بالای آب و ورودی کم آب شیرین به محیط، فشار فزاینده ای را متوجه محیط زیست دریایی خلیج فارس نموده است. به این جهت خلیج فارس همواره با دریاهای دیگر نظیر مدیترانه، سرخ، سیاه، بالتیک و چند محیط آبی دیگر به عنوان مناطق ویژه انتخاب شده اند و به تبع آن مقرارت خاصی برای حفاظت محیط زیست این مناطق اعمال گردیده است. در دهه های اخیر به دلیل توسعه کشورهای ساحلی به کمک درآمدهای نفتی اکوسیستم خلیج فارس شاهد تاثیرات مخربی بوده است. بالاترین میزان آلودگی، در نمونه های بستر خلیج فارس در مسیر تردد شناورهای نفتی قرار دارد و روند رو به افزایشی را نشان می دهد. با توجه به ذخایر عظیم نفت و گاز در این منطقه که حدود 40% کل ذخایر جهانی تخمین زده شده است، ادامه روند رو به افزایش برای چندین دهه آینده قابل پیش بینی است، از این رو آلودگی این منطقه ضرورتاً باید تحت پایش و کنترل باشد(آزادبخت و ارمغان، 1388).
1-2- جزیره قشم
1-2-1- موقعيت جغرافيايي
جزیره قشم در مدخل ورودی خلیج فارس از دریای عمان (تنگه هرمز) بین”38، 15َ،˚55 تا “52،’16،˚56 طول شرقی و “20،’32،˚26 تا “00،’00،˚27 عرض شمالی واقع شده است (سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح،1382). جزیره قشم، با پهنه ای حدود 9/1609 كيلومتر مربع در جنوب استان هرمزگان، در شمال شرقی تنگه استراتژيك هرمز واقع شده و ارتفاع آن از سطح دريا 6 متر است. جزیره قشم حدود 5/2 برابر دومین جزیره بزرگ خلیج فارس یعنی بحرین است(حافظ نیا،1371).
وجود صنايع و شركت هاي مختلف مثل شركت سرب و روي قشم كه در منطقه اقتصادي قشم واقع است موجب دفع مواد زائد و پساب کیک لجن تصفيه شامل 60% فلز روي به صورت سولفات روي، کیک های لجن شامل گچ و سيليس، 10 درصد روي و كادميوم و سرباره شامل 85% فلز روي به صورت اكسيد روي مي باشد. شهرستان قشم از لحاظ صنايع نيز دارای توانايی‌هايی است كه از مهم‌ترين صنايع اين شهرستان می توان لنج سازی، قايق فايبرگلاس، آبزی پروری و صنعت پالايش نفت و گاز گورزين را نام برد. پالايشگاه گازگورزين قشم، كه از پنج حلقه چاه تغذيه می كند، پس از پالايش، به وسيله لوله های 12 اينچی از لافت كهنه به بندر پل و پس از 70 كيلومتر به نيروگاه بندرعباس می رسد تا انرژی گازی را به الكتريسيته تبديل كند. توان پالايش و حمل گاز طبيعی به نيروگاه حرارتی بندرعباس در صورت امكان مصرف روزانه يكصد ميليون فوت مكعب است. از معادن شهرستان قشم می توان معدن نمک، گاز قشم، معدن سنگ لاشه، شن و ماسه و معدن خاک سرخ در شهر هرمز را نام برد(صمصام پور، 1390).
1-2-2- وضعيت آب هاي اطراف جزيره قشم از نظر جزر و مد و جريان هاي دريايي
دو جزر و دو مد در مدت شبانه‌روز در اطراف جزيره قشم رخ مى‌دهد که اختلاف ارتفاع متوسط آنها 2 تا 3 متر است. امواج دريا در اطراف قشم اغلب کمتر از يک متر ارتفاع دارند و از اين‌ رو مى‌توان درياى اطراف قشم را يک درياى آرام خواند. اما در سواحل جنوبى و شرقى گاه امواج بلندتر از 3 متر نيز قابل مشاهده است. جريان‌هاى دريايى اصلى اطراف جزيره حاصل جزر و مد بوده و سريع‌ترين آن در محدوده بين پل و لافت کهنه قابل مشاهده است و سرعت آن به 3 گره دريايى مى‌رسد. جهت جريان در هنگام مد به طرف غرب و در هنگام جزر به طرف شرق است. ميزان متوسط شورى آب دريا در اطراف قشم (قسمت در هزار) ppt1 35 و رنگ آب دريا بيشتر سبز مغز پسته‌اى و در برخى موارد آبى رنگ است(سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح،1382).
پیشرفت روز افزون صنایع و متعاقب آن آلودگی هوا و افزایش بی رویه جمعیت شهرها و روستاها و در پی آن توسعه مناطق کشاورزی و استفاده از کودها و سموم دفع آفات موجب می گردد تا میزان زیادی فاضلاب های صنعتی و شهری و همچنین پساب ها در کشاورزی که دارای مقادیر متنابهی از فلزات سنگین هستند، وارد اکوسیستم های آبی گردند و موجب تخریب محیط زیست شوند(Sures et al., 1995; Romeo et al., 1999; Al- Saleh et al., 2002; Demira, 2006; Agah et al., 2009; Ganjavi et al., 2010; Saei- Dehkordi et al., 2010 ).
1-3- منابع آلوده کننده محیط های دریایی
منشا ورودی آلاینده ها به محیط های دریایی بسیار متنوع و متفاوت می باشند(جدول 1-1). آلودگی به وسیله فلزات سنگین از مدتها پیش به عنوان موضوعی مهم تشخیص داده شده که از طرق مختلف به این اکوسیستم وارد می شود. در سال 1980 گروه تحقیقاتی (GESAMP)2 آلودگی دریا را چنین تعریف کرده است: آلودگی توسط انسان به طور مستقیم و یا غیر مستقیم از طرق رهاسازی ماده و یا انرژی به داخل محیط دریایی ایجاد می گردد که سبب اثرات زیان آوری چون آسیب به منابع تجدید شونده دریایی، اشکال در فعالیت های صید و صیادی، آسیب رساندن به کیفیت آب دریا و خطر بر سلامتی انسان می باشد (کلارک، 1385). آلودگی نه فقط به دست انسان بلکه به صورت طبیعی نیز به محیط وارد می شود. در این راستا Brayan(1984) منابع آلوده کننده آب ها را به سه گروه عمده تقسیم بندی کرده است:
آلودگی از ساحل: در این حالت آلاینده های فلزی توسط جریان های رودخانه ای و فرسایش و هوا زدگی صخره های ساحلی، به محیط های دریایی وارد می گردد.
آلودگی از اعماق: که شامل فلزات آزاد شده رسوبات اعماق دریا بوسیله فرآیندهای شیمیایی، فعالیت های آتش فشانی بستر، تشکیل کوه ها، حرکت تکتونیکی، نشت نفت از بستر و فراجوشی می شود. قسمتی از منابع طبیعی کادمیوم از طریق فرآیند فراجوشی آبهای اقیانوسی غنی از کادمیوم تامین می گردد.
آلودگی از نواحی نزدیک ساحل: این آلاینده ها شامل ذرات و غبارهای انتقال یافته توسط جریان هوا، مواد تولیدی حاصل از فرسایش یخ های قطبی و انتقال آن ها توسط یخ های شناور و گازهای فلزی حاصل از پوسته زمین می باشند (دبیری، 1379).
از جمله فعالیت های صنعتی آلوده کننده، سوزاندن زغال سنگ و به خصوص زباله های پلاستیکی می باشد که مقادیر قابل توجهی کادمیوم، وارد اتمسفر می کند. این آلاینده ها که به صورت ذرات معلق در هوا وجود دارند توسط جریانات هوایی به نواحی دیگری از کره زمین انتقال یافته و به صورت ریزش های جو بر سطح آب فرود می آیند (رضوی، 1378؛Meador et al., 2005). فاضلاب های شهری، صنعتی و فعالیت های وابسته، منابع عمده وارد کننده فلزات سنگین به محیط های دریایی می باشند. بخش عمده ای از فاضلاب های شهری را پساب های خانگی تشکیل می دهند که آلاینده های فلزی آن از طریق فعالیت های متابولیکی و فرسایش لوله های آب و فاضلاب (مس، سرب، روی، کادمیوم) و همچنین شوینده های حاوی ترکیبات فلزی (روی، بور، آرسنیک، آهن، منگنز، کروم، نیکل، کبالت) ایجاد می گردد (زون و گلیانتس، 1382؛ Agah et al., 2009).
جدول 1-1: فهرستی از صنایع به همراه فلزات سنگین احتمالی در پساب ( کلارک، 1385؛ اسماعیلی ساری، 1381؛ جلالی و آقازاده مشگی، 1385؛Storelli et al., 2010: Heath, 1987)
نام فلز
صنعتAsBaBCdCrCoCuFePbMnHgNiSeAgZnصنایع متالوژی××××××××××××××ذوب فلزات غیر آهنی××××××××معادن فلزات×××××××××صنایع کابل×××آبکاری فلزات×××××××××××آلیاژ سازی×××××××××ریخته گری××××××صنایع شیشه سازی××××××××صنایع چینی×××××××××××صنایع سرامیک××××××××صنایع پلاستیک××تولید حشره کش ها×××صنایع شیمیایی ( آلی)×××صنایع شیمیایی ( معدنی)××××××××تولید علف کش ها××تولید کودهای شیمیایی××××××ساخت دترجنت ها××××تولید ضد عفونی کننده ها×××تولیدی قارچ کش ها××پالایشگاه نفت××××××ساخت رنگ×××××××××تولیدی محافظت کننده چوب×××××تولیدی محافظت کننده پوست××فرمولاسیون رنگ××××××××گستردگی، عمق زیاد و دور ازدسترس بودن دریاها و اقیانوس ها موجب شده است که این مناطق جهت دفن، پراکندن و خنثی کردن ضایعات و زباله های شهری و صنعتی حاصل از جوامع انسانی مورد استفاده قرار گیرد.
اما به مرور زمان تجمع فلزات سنگین دربافت جانوران آبزی و نهایتاً انسان موجب شده که در فعالیت ها و روش های دفع ضایعات تغییراتی حاصل گردد. این تغییرات به طور خلاصه شامل توقف و جلوگیری از دفن بعضی از ضایعات خطرناک در دریاها، اجرای فعالیت های کنترلی و حفاظتی بر نحوه تخلیه و بر طرف کردن یا کاهش مواد مضر موجود در ضایعات، پس از تخلیه در محیط های دریایی می باشد(Capuzza, 2000).
1-3-1- آلودگی خلیج فارس
خلیج فارس یکی از مناطق دریایی است که به دلیل حساسیت های سیاسی و اقتصادی از دیرباز در معرض بهره برداری شدید این منطقه گردیده است. آلودگی های حاصل از فعالیت های انسانی کشورهای مجاور به طور مستقیم وارد خلیج می گردد و شدیداً محیط زیست دریایی را تحت تاثیر خود قرار می دهد. منبع عظیم آلوده کننده ی دیگر اکوسیستم در خلیج فارس نفت می باشد. حدود بیش از 30% تولید نفت جهان و بیش از 60% حمل و نقل نفت دنیا از طریق خلیج فارس صورت می گیرد(Reynolds, 1993).
اکتشاف، استخراج و پالایش و حمل و نقل نفت در خلیج باعث آلودگی شدید آن گردیده است. به این موارد باید آلودگی های نفتی ناشی از صدمات جنگ و سوانح بوجود آمده را نیز اضافه کرد. نفت رها شده روی سطح آب علاوه بر تاثیر مستقیم بر اکوسیستم ساحلی باعث وارد آمدن آسیب هایی به مناطق عمیق تر نیز می گردد.
در اثر آلودگی های نفتی در خلیج فارس سواحل کشورهای عربی نظیر کویت و عربستان بیشتر از سواحل ایرانی آسیب دیده اند. از میان سواحل ایرانی بوشهر و قشم بیشترین میزان آلودگی نفتی را دریافت داشته اند(حائری اردکانی،1376). ذرات نفت شناور نیز نهایتاً وارد رسوبات کف دریا می گردند و در آنجا نهشته می شوند. علاوه بر تاثیرات مستقیم نفت بر اکوسیستم منطقه، حریق چاه های نفتی کویت در جنگ خلیج فارس و آلودگی های ناشی از مصرف سوختهای فسیلی در ناحیه منبع عمده دیگری در آلودگی این ناحیه می باشد.
ورود حجم بسیار زیاد مواد آلوده کننده به خلیج و ارتباط محدود آن با دریاهای آزاد باعث گردیده است تا خلیج فارس به یکی از آلوده ترین محیط های دریایی جهان تبدیل گردد،که این شرایط به همراه شرایط نامساعد آب و هوایی زندگی آبزیان در این منطقه را به شدت تحت تاثیر خود قرار داده است. مجموعه عوامل جغرافیایی و آب و هوایی باعث گردیده است که ریزشهای اتمسفری عمده ترین منابع ورودی عناصر به خلیج فارس باشند. به دلیل سهولت جابجایی ابرهای دود و ذرات گرد و غبار وسعت ناحیه تحت تاثیر این آلودگی نیز بسیار بیشتر از آلودگی تحت تاثیر لکه های نفتی می باشد.
علاوه بر این جدا از آلودگیهای مستقیم نفتی، وجود پالایشگاه ها، سکوهای نفتی و مراکز نفتی متعدد در حاشیه خلیج فارس از عوامل بسیار مهم و از طرفی بسیار خطرناک از نظر آلودگی محیط زیست در خلیج فارس می باشد. تمام این عوامل به نحوی باعث ورود عناصر نادر به اتمسفر گردیده که نهایتاً منجر به ورود این عناصر به آب دریا و بالا رفتن میزان تمرکز این عناصر در آب دریا می گردد.
افزایش میزان تمرکز عناصر نادر در آب دریا بدون شک بر روی آبزیان در این محیط تاثیر می گذارد. مرجان ها نیز به عنوان یکی از آبزیان خلیج فارس تحت تاثیر این عناصر قرار گرفته و مقداری از این عناصر را جذب بافت زنده و اسکلتی خود می نمایند(حائری اردکانی، 1376).
1-4- فلزات سنگین3
طبق تعریف در جدول تناوبی به آن تعداد از عناصر که وزن اتمی بالایی داشته و در درجه حرارت اتاق خاصیت فلزی داشته و دارای وزن مخصوص بیشتر از 4 می باشند فلز سنگین اطلاق می شود(امیدی، 1376). به عبارت دیگر فلزات سنگین به گروهی از عناصر فلزی اطلاق می گردد که دارای جرم اتمی بالای 40 گرم و وزن مخصوص بیش از g/cm35 هستند که تقریباً 5 برابر چگالی آب است و فلزات با وزن مخصوص کمتر از آن بعنوان فلزات سبک طبقه بندی می شوند . به طور معمول فلزاتی که در میزان برابر یا کمتر از یک درصد ( 10 میلی گرم در لیتر) در پوسته ی زمین وجود دارند به عنوان فلزات کمیاب نامیده می شوند. مثل سرب، کادمیوم، مس، روی، جیوه، نیکل و … (جلالی و آقازاده مشگی، 1385؛ دبیری،1379؛ کلارک، 1385).
از آنجایی که تعاریف مختلفی برای این عناصر شده و در این طبقه عناصر مختلفی قرار داده شده اند باید تنها از اصطلاح فلزات و یا شبهه فلزات استفاده نمود(امیدی، 1376). از عناصر شناخته شده در محیط تعداد 84 فلز وجود دارد و از این جهت آلودگی فلزات متنوع می باشند. تمام فلزات برای محیط خطر آفرین نمی باشند و تنها تعداد معدودی از فلزات وجود دارند که جزء آلوده کننده های محیطی به شمار می آیند(جلالی و آقازاده مشگی، 1385؛ دبیری،1379؛ کلارک، 1385).
این عناصر کمتر از یک درصد از وزن بدن موجودات زنده را تشکیل می دهند. مقدار عناصر مزبور آنقدر ناچیز است که با وجود اینکه در گذشته محققین قادر به اثبات وجود آن ها در بدن بوده اند، لکن روش های تجزیه ای دقیقی برای تعیین کمی چنین عناصری وجود نداشته است. بنابراین عناصر مزبور را به علت کمیابی در بدن، عناصر کمیاب4 نامیده اند (امیدی، 1376).
اساسی ترين مسئله در ارتباط با فلزات سنگين عدم متابوليزه شدن آنها در بدن مي باشد. فلزات سنگين همچنين می توانند در برخی موارد جايگزين ديگر املاح و مواد معدني مورد نياز در بدن گردند. در محیط های آبی فلزات سنگین وارد شده از پساب های صنعتی، فاضلاب ها و جو ممکن است به سرعت از ستون آب برداشته و به رسوبات ته منتقل شوند در نتیجه غلظت فلزات در رسوبات اغلب چند قدر بالاتر از بخش هایی است که در محیط آب دریا هستند(2008 Howaida & Ali,).
پایداری فلزات در محیط مشکلات ویژه ای را ایجاد می کند. این عناصر مانند سرب و کادمیوم به عنوان آلوده کننده های پایدار محسوب شده و از طریق فرآیندهای شیمیایی و یا زیستی در طبیعت قابل تجزیه نیستند. البته ترکیبات فلزی قابل تغییر بوده ولی فلزات نامرغوب همچنان باقی می مانند. پایداری فلزات اجازه می دهد که در فواصل قابل توجه توسط آب و حتی هوا منتقل شوند و یکی از نتایج مهم پایداری آن ها وسعت زیستی فلزات در زنجیره غذایی می باشد. فلزات ترکیبات طبیعی همه اکوسیستم های آبی هستند که طی فرآیندهای هوازدگی خاک ها و صخره ها از سنگ ها و صخره ها آزاد گردیده و توسط چرخه های بوم شناختی در محیط زیست انتشار می یابند. همچنین در اثر فعالیت های انسانی مثل کشاورزی، استخراج معادن و فعالیت های صنعتی و تخلیه فاضلاب های شهری سطوح فلزات سنگین در طبیعت افزایش می یابد و در نتیجه باعث تغییر ساختار شیمیایی و شرایط زیست محیطی اکوسیستم های آبی می گردد(Agah et al., 2008; Saei- Dehkordi et al., 2010 ).
امروزه پیشرفت های فن آوری و توسعه صنعت و افزایش کارخانجات صنعتی منجر به افزایش روز افزون پساب های صنعتی گردیده و این در حالی است که هیچگونه تمهیداتی در جهت کنترل این آلاینده ها که دارای مقادیر مختلفی از ترکیبات فلزات سنگین سمی است، در نظر گرفته نشده است. در نتیجه ی این عوامل غلظت فلزات در اکوسیستم های آبی افزایش چشمگیری پیدا نموده که اگر به همین روند ادامه یابد مشکلات عمده ای را در اکوسیستم های آبی به وجود خواهد آورد. شایان ذکر است که مهمترین عناصر اکوسیستم های آبی که سهم بیشتری در آلودگی منابع آبی دارند عناصر فلزی مس، روی، جیوه، کادمیوم و سرب می باشد که در این بین جیوه، سرب و کادمیوم از اثرات مهلکی برخوردارند(Sures et al., 1995; Romeo et al., 1999; Al- Saleh et al., 2002; Agah et al., 2008; Ganjavi et al., 2010; Saei- Dehkordi et al., 2010).
1-4-1- راه های ورود فلزات
1-4-1-1- راه های ورود فلزات به دریا
‏به دلیل ورود فلزا‏ت به آب های طبیعی ناشی از فرسایش سنگهای معدنی، گرد و غبار حمل شده توسط باد، فعالیتهای آتشفشانی و آتش سوزی جنگل ها که عواملی طبیعی می باشند، ارزیابی اثرات وارد شدن فلزات به محیط زیست درنتیجه عملکرد انسان پیچیده است (کلارک، 1385).
1-4-1-2- ورود فلزات از طریق هوا
‏یکی ازمهمترین طرق وارد شدن فلزات به دریا از راه هواست که مقدار زیادی از این فلزات سالانه بطور طبیعی وارد دریا می شوند نظیر آلومینیم در گرد و غبار حمل شده توسط باد، ناشی از سنگ ها و شیل ها و جیوه ناشی از فعالیت های آتشفشانی و خارج شدن گاز از پوسته زمین. اما بعضی فلزات دیگر، بیشتر در نتیجه فعالیتهای انسان وارد طبیعت می شوند تا در اثر ورود طبیعی فلزاتی که به هوا وارد می شوند، ممکن است به صورت گاز(نظیر جیوه، سلنیم و ید) یا آئروسل (بیشتر فلزات دیگر) باشند (کلارک، 1385). (جدول 1-2).
جدول 1-2: انتشار و فلزات کم مقدار در جو سطح جهان ( برحسب هزار تن در سال). (کلارک، 1385).
نام فلزمنبع ورود فلزات به محیط زیستمنابع طبیعیمنابع انسانیآرسنیک (As)8/724کادمیم (Cd)96/03/7مس (Cu)1956نیکل (Ni)2647سرب (Pb)19449سلنیم (Se)4/01/1روی (Zn)44/3مدت زمانی که یک آلاینده در هوا می ماند و مسافتی که در توده هوا طی می کند، اگر گاز باشد، به واکنش پذیری اش و اگر ذره باشد، به دانسیته اش بستگی دارد. زمان ماندگاری سرب حدود 5 ‏روز و زمان ماندگاری ترکیبات آلی گازی دهها یا صدها روز می باشد. فلزات بوسیله تبادل گاز درسطح دریا و جریان باد، و یا به طریق فرود آمدن ذرات معلق (ته نشینی خشک) و یا توسط نزولات جوی از ستون هوا شسته شده (ته نشینی تر) و به آب دریاها وارد می گردند. تعیین و برآورد مقدار فلزاتی که به طرق مختلف در سطح جهان از جو به آبهای طبیعی وارد می شود، مشکل است و در صورت داشتن اطلاعات بیشتر داده های موجود در جدول 1-3 ممکن است تغییر نماید(کلارک، 1385).
جدول 1-3: انتقال فلزات از هوا به سطح دریا ( برحسب نانوگرم بر سانتیمتر مربع) (کلارک، 1385).
عنصردریای شمالغرب دریای مدیترانهخلیج اطلس جنوبیبخش حاره ی اقیانوس اطلس شمالیبخش حاره ی اقیانوس آرام شمالیآلومینیوم300005000290050001200منگنر920-60709آهن25500510059003200560نیکل260-39020-مس130096220259/8روی8950108075013067آرسنیک2805445–کادمیم43139535/0جیوه-5241/2-سرب265010506603107تبادلات هوا- دریا یک فرآیند یکطرفه از هوا به دریا نمی باشد، بلکه حباب های ایجاد شده درسطح آب دریا که متلاشی می شوند، ذرات نمک را در جو رها می سازند.
‏بنابراین مبادله دو طرفه مواد از جو به دریا و بالعکس وجود دارد. به این دلیل از یک سو دریا مدخل آلاینده های جوی و از طرف دیگر منشا آنها می باشد. درباره فرآیندهای وارد شدن مواد به دریا و خروج آنها از آن اطلاعات کاملی در دسترس نمی باشد و نمی توان میزان مواد خروجی و ورودی را دقیقاً برآورد نمود. باکشف این موضوع که تقریباً نصف باران های اسیدی مناطق دریای شمال ناشی از دی متیل سولفید می باشد و این ماده در اثر شکوفایی فیتوپلانکتونی از نوع کوکولتیوفر5 سنتز شده و در جو رها گردیده است، می توان اطلاعات زیادی در مورد مقدار احتمالی مواد طبیعی مختلف که از دریا به هوا منتقل می شوند، بدست آورد.
1-4-1-3- ورود فلزات از طریق رودخانه ها
‏مقدار زیادی فلز از طریق رودخانه ها وارد دریا می شود که ماهیت موا‏د وارد شده به نوع فلزات و منابع معدنی موجود در حوزه آبریز آن رود بستگی دارد. فلزات موجود در آب رودخانه ای که از مناطق شهری می گذرد، به دلیل ورود فاضلاب شهری سایر مواد به آن افزایشی می یابد.
‏رسوب گذاری شدید مواد در مصب ها موجب ته نشینی مقدار زیادی از فلزات می گردد که بر روی رسوبات جذب شده و به بستر دریا برده می شود. رسوبات بنادر واقع در مصب های مناطق صنعتی، حاوی بقایای مواد زائد انباشته شده طی یک قرن یا بیشتر می باشد. در چنین مناطقی، لایروبی کانال های کشتیرانی، موجب تولید ضایعات لایروبی زیادی می گردد که به استثنای مواد لایروبی شدیداً آلوده، بقیه معمولاً در دریا تخلیه می شود(کلارک، 1385).
1-4-1-4- ورود فلزات به طرق دیگر
‏در اثر تخلیه مستقیم زباله های صنعتی، و دیگر مواد زائد ا‏ز طریق خط لوله و ورود گل و لجن فاضلاب و سایر مواد به دریا، مقدارکمتری از فلزات وارد دریا می شود.
‏اگر چه مقدار مواد وارده کم می باشد، اما چنانچه این مواد به مناطقی که جریان آب محدود است، وا‏رد شوند، به طور موضعی محیط را تحت تاثیر قرار خواهند داد(کلارک، 1385).
1-4-2- نیکل6
نیکل در طبیعت به صورت ترکیب با آرسنیک، آنتیموان و گوگرد یافت می شود. رنگ آن سفید نقره ای بوده و دارای هدایت حرارتی و الکتریکی زیاد است در سیستم های بیولوژیک به علت آن که می تواند با لیگاندهای مختلف کمپلکس کند انحلال می یابد. نیکل فلز سنگینی است که در نواحی صنعتی، آلاینده مهم رسوبات می باشد و برای کاهش وارد شدن آن به دریا تلاشهایی انجام شده است. این فلز در استیل و سایر آلیاژها، آبکاری، باتری ها و نیز به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار می گیرد(کاتن و ویلکینسون، 1376).
1-4-2-1- منابع ورود نیکل به محیط زیست و دریا
ورود نیکل به محیط زیست از طریق استخراج نفت خام، استخراج از معادن آن و از سوختن مواد زاید صورت می گیرد. کارخانه ها و سوزاندن زباله دو عامل اصلی در تولید دود نیکل و ورود آن به هوا می باشند به طوری که مقدار نیکلی که در هوا وجود دارد به مراتب از نیکل موجود در زمین بیشتر است (آقاجری، 1388).
سمی ترین ترکیب نیکل که اغلب در کارخانه ها مشاهده می شود کربونیل نیکل است .سوختهای فسیلی معمولا ً غنی از نیکل هستند و احتراق نفت و زغال منجر به وارد شدن مقدار زیادی از این فلز از هوا به دریا می گردد، اما بخش عمده نیکل وارد شده به دریا ناشی از رودخانه هاست. بیشتر نیکل به شکل ذره ا‏ی است و رسوب دهی زیاد آن در مصب ها ملاحظه می گردد، بنابراین مواد حاصل از لایروبی بنادر و مسیرهای کشتیرانی اغلب آغشته به این فلز می باشند.گل و لجن فاضلاب شهری نیزحاوی مقادیر زیاد نیکل می باشد. راه های وارد شدن نیکل به دریای شمال به این ترتیب برآوود گردیده است: توسط رودخانه ها t year-12740 ‏، ته نشست جویt year-11580 ‏، تخلیه مستقیم t year-1650 ‏، تخلیه گل و لجن و سایر مواد زائده t year-198 (کلارک، 1385).
1-4-3- کادمیوم7
کادمیوم فلزی نرم به رنگ سفید نقره ای براق با جرم اتمی 41/112 گرم، نقطه جوش 767 درجه و نقطه ذوب 9/320 درجه سانتیگراد است که در اسید سولفوریک به کندی حل می شود. این عنصر به طور یکنواخت در پوسته زمین یافت می شود اما ترکیبات معدنی آن تنها در مناطق ویژه ای از جهان یافت می شوند،



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید