ارزیابی آلودگی منابع آب تکهای معدنی I, II, III و روستاهای پایین دست معدن پلی متال تکنار( بردسکن)

مقدمه :

    کانسار پلی متال تکنار در ۲۸ کیلومتری شمال غربی شهرستان بردسکن ( استان خراسان رضوی) )  بین ً ۴۲ َ ۴۵ ْ ۵۷ - ً ۳۹ َ ۴۶ ْ ۵۷ طول شرقی و ً ۳ َ ۲۱ ْ ۳۵ - ً ۴۵ َ ۲۲ ْ ۳۵  عرض شمالی واقع است . این کانسار در زون تکنار که بصورت یک پنجره تکتونیکی بین دو گسل بزرگ کویر( درونه) در جنوب و تکنار( ریوش) در شمال قرار گرفته است، رخنمون دارد. محدوده معدنی متشکل از سازند تکنار به همراه توده های نفوذی نیمه عمیق تا کم عمق اسیدی – حد واسط است. کانی سازی بصورت سین ژنتیک و اپی ژنتیک در ۴ زون بنام های تک I, II, III, IV  رخنمون دارد. کانی سازی سین ژنتیک که بصورت سطحی و زیرزمینی با عیار بالا در تکهای مذکور رخنمون دارد، مهم ترین کانی سازی منطقه است. کلیه تونلهای اکتشافی و بعضاً استخراجی در محدوده تک های I ،II وIII  با هدف دستیابی به این بخش عمده کانی سازی حفر شده اند. آبراهه اصلی منطقه با امتداد تقریباَ شمالی – جنوبی از وسط کانی سازی ۴ تک معدنی عبور می کند. حفر این تونلها و متعاقباً انباشتن مواد معدنی خروجی از این دهانه ها در حریم آبراهه اصلی تا حد زیادی بویژه در مواقع سیلابی باعث آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی محلی می گردد.

بحث :

·   ارزیابی زیست محیطی منابع آب تکهای معدنی I, II, III

    بر پایه نقشه ۱:۲۵۰۰۰ انابد ( شکل۱) وضعیت توپوگرافی منطقه بگونه ­ای است که از شمال به طرف جنوب ارتفاعات و توپوگرافی خشن منطقه به مورفولوژی پست و هموار مبدل می­شود از اینرو جهت جریان گرادیان هیدرولیکی و الگوی زهکشی منابع آب منطقه از شمال به سمت جنوب است. در پی بارندگی بویژه دراردیبهشت ماه، دبی آب­های سطحی منطقه افزایش می یابد و گاه منجربه رخداد سیلاب خواهد شد. بارندگی بویژه در مواقعی که منجر به فروشست سیلابی در منطقه  می­شود، مهم­ترین عامل حمل آلاینده­ ها محسوب می شود.

    درهنگام بارندگی طی تأثیر آب باران بر کانی­سازی سطحی سین ژنتیک و اپی­ژنتیک منطقه که عمدتاً درارتفاعات و زونهای گسلی واقع­اند، اکسیداسیون کانیهای سولفیدی رخ خواهد داد.

    گسل­ها همچون کانالی باعث نفوذ و تماس هرچه بیشتر آب باران با کانیهای فوق خواهند شد. طی اکسیداسیون طبیعی کانه­های سولفیدی توسط آب باران مقادیری یونهای فلزی از سولفیدهای اولیه آزاد می­شوند و بدین ترتیب رواناب­های اسیدی (ARD) حاوی یونهای سمی فلزی شکل خواهد گرفت. این رواناب­ها در طول مسیر خود با عبور از آنومالیهای ژئوشیمیایی در اثر پدیده Water-rock interaction یا واکنش سنگ و آب، با اکسیداسیون کانه­های سولفیدی مسیر خود، عناصرجزئی را در خود حل کرده و بدین ترتیب توده آلودگی به پایین دست منتقل خواهد شد. این پدیده یک رخداد طبیعی است که در منطقه روی می­دهد و در وحله اول منجر به آلودگی آب­های سطحی و سپس آب­های زیرزمینی، رسوبات رودخانه ای و منابع خاک پایین دست خواهد شد.

    فعالیت­های معدنکاری در تکنار چون حفر تونل­های اکتشافی و استخراجی، حفر گمانه­های اکتشافی، انباشت ضایعات حاصل از معدنکاری که در نزدیکی حریم آبراهه اصلی بدون هیچ نظارتی رها شده­اند، مهم ترین عوامل در تشدید آلودگی جریانات آب­های سطحی منطقه تلقی می شوند.

    در طی بارندگی رسوخ آب باران از طریق سیستم­های گسلی و درز و شکاف­های موجود در سقف و دیواره تونلهای استخراجی واقع درتک های II, I و  III منجر به تماس و مجاورت آب با کانی­سازی سولفیدی داخل تونلها خواهد شد. با توجه به اینکه بخش اعظم کانی­سازی با عیار بالا (کانی­سازی سین­ژنتیک) در داخل تونلهای تک­های معدنی تعریف می­شود بنابراین بسته به مدت زمان تماس آب با کانه ، ممکن است روانابهای اسیدی(AMD) از دهانه آنها خارج ­شود.

    در مجموع بارندگی مهم ­ترین عامل انتشار طبیعی عناصر سمی مورد مطالعه(Cu, Pb, Zn, As, Hg, Cd, Fe  )در تکهای معدنی است. طبق گزارش سازمان هواشناسی مشهد در سال جاری شهرستان بردسکن با ۶۶ میلی لیتر بارندگی، خشک ­ترین شهرستان استان خراسان رضوی معرفی گردید. لذا به علت عدم ریزش نزولات جوی مناسب و متعاقباً نبود جریانات سطحی در مسیر آبراهه­های اصلی             تک­های معدنی عمده نمونه ­برداریها به برداشت آب از چاههای نسبتاً عمیق موجود در هر یک از تک­ها و همچنین قنات های احداث شده در روستاهای پایین دست معدن محدود شده است. در مجموع ۱۶ نمونه در دو مرحله برای ارزیابی تغییرات غلظت فلزات سنگین از تکهای I, II, III  برداشت گردید.

    نتایج تجزیه شیمیایی نمونه آب های سطحی و زیرزمینی برداشت شده از تکهای معدنی در دو مرحله نمونه برداری { انتهای فصل خشک (آذر۸۴) و انتهای فصل مرطوب ( اردیبهشت۸۵) } حاکی از رقیق شدگی قابل ملاحظه ای در میزان تمرکزهای فلزات سنگین در دومین مرحله برداشت است.

    نتایج آنالیز نمونه های آب گرفته شده از تک  Iمشخص نمود که زهکش­های حاصل از شستشوی دپو واقع در جنوب تونل اصلی تک  Iکه درمجاورت­ حریم آبراهه اصلی واقع است ، مهم­ترین عامل در آلودگی منابع آبی این تک محسوب می شود. نمونه آب گرفته شده از چاه داخل تونل کانی سازی ( تونل اصلی) تک مذکور نشان دهنده تمرکزهای پایین فلزات سنگین Cu, Pb, Zn در دو مرحله برداشت و همچنین مقادیر پایین TDSو  SO_۴ است. این کاهش را می توان ناشی از مدت زمان  کوتاه تماس و واکنش نزولات جوی با کانی سازی های داخل تونل و نیز وضعیت کانی سازی سین ژنتیک که به فرم توده ای و لایه ای و بندرت استوک ورک در داخل تونل است، برشمرد.

    در تک  IIبه استثناء دهانه جنوبی، دهانه­های شمالی و مرکزی تونل این تک به دلیل مورفولوژی دهانه، توپوگرافی اطرف آن و فاصله زیاد از حریم آبراهه اصلی نقش موثری در آلودگی منابع آب منطقه نخواهند داشت. دهانه جنوبی به دلیل داشتن سیستم گسلی در سقف تونل و توپوگرافی هموار اطراف دهانه، با تولید آبهای اسیدی AMD در مواقع سیلابی در آلودگی آبهای سطحی این تک نقش خواهد داشت. آب­های زهکش شده از این ورودی زمینه شستشو هرچه بیشتر دپوی پایین دست این دهانه را فراهم خواهد نمود. علاوه بر این دهانه، آبشویی تعداد زیاد انباشته ضایعات دانه ریز و خرد شده رها شده در کنار حریم آبراهه اصلی در پی بارندگی مهم ترین عامل آلودگی جریانات سطحی این تک محسوب می شود. نمونه آب برداشت شده از چاه بالادست دهانه جنوبی به استثناء مقدار عنصر Zn  در نخستین مرحله نمونه برداری، از مقادیر غلظت پایین عناصر جزئی Cu, Pb, Znدر دو مرحله برداشت برخوردار است. از دیدگاه پارامترهای هیدروشیمی دارای مقادیر بالای TDSو SO_۴  است. بالا بودن مقادیر TDSو SO_۴  نمونه آب این تک نسبت به تک I را می توان ناشی از توپوگرافی مرتفع و نهایتاً درجه اکسیداسیون بالای زون تک II در مقایسه با تک I دانست. 

    به علت موقعیت توپوگرافی تک III، قابلیت دسترسی به این تک بمراتب سهل تر از دیگر تکهای معدنی تکنار است لذا بیش از سه تک دیگر دستخوش فعالیتهای انسانی شده است. درتک III تونل شمالی به دلیل نزدیکی دهانه به حریم آبراهه اصلی ، وضعیت کانی سازی سین ژنتیک داخل تونل (عمدتاً به فرم استوک ورک ) و همچنین وجود گسل­های متقاطع و درز و شکاف های متعدد در سقف و دیواره، این تونل نقش بسزایی در آلودگی آبهای سطحی این زون معدنی و همچنین منابع آبی منطقه دارد. این مطلب بر پایه نتایج آنالیز شیمیایی نمونه آب برداشت شده از داخل تونل قابل تأیید است. بگونه ای که از مقادیر بالای TDSو SO_۴ و تمرکز بسیار بالای مس در دو مرحله برداشت برخوردار است. دپو واقع در جنوب این تونل نیز به دلیل داشتن انباشته های به شدت هوازده و دانه ریز آلودگی منابع آب را تشدید می کند. با توجه به نزدیکی تک  IIIبه مناطق مسکونی مدیریت زهابهای زهکش شده از این تک با توجه به تمرکزات بالای مس و درجه بالای اسیدیته آنها فوق العاده حائز اهمیت است.

     به منظور تعیین تیپ و وضعیت شیمیایی منابع آب تک های معدنی از نمودار پایپر استفاده گردید. نمودار مزبور برای سه نمونه آب برداشت شده از چاههای نسبتاً عمیق داخل و خارج از تونلهای تک های I, II, III  در شکل(۲) نشان داده شده است. بر طبق نمودار اشاره شده نمونه های TK۱W, TK۲W  که به ترتیب از چاههای داخل تونل کانی سازی تک I  و از چاه بالادست دهانه جنوبی تونل تک II  برداشت گردیده  به ترتیب دارای قلیاییت کربناته بیش از ۵۰ درصد و سختی غیر کربناته بیش از صفر درصد است. از لحاظ محتوای SO_۴  به ترتیب در محدوده آبهای با اسیدیته پایین و بالا  قرار می گیرند. بر پایه دیاگرام مربوطه نمونه آب TK۱W دارای تیپ Na – HCO_۳ و نمونه  TK۲W، Ca - Cl می باشد.

    نمونه آب برداشت شده از داخل تونل شمالی تکIII (TK۳W) با سختی غیر کربناته بیش از صفر درصد در محدوده اسیدهای قوی نمودار پایپر قرار می گیرد.  این آب دارای تیپ Ca – SO_۴ است.

    نمودارهای وضعیت شیمی آبها کاملاً منطبق با نتایج حاصل از واکنش نزولات جوی با کانی سازی در داخل و خارج از تونلهاست (Water- Rock intraction). بگونه ای که در تونل شمالی تکIII  به علت شرایط کانی سازی سین ژنتیک که عمدتاً به فرم رگچه ای است و همچنین وجود گسلهای متقاطع متعدد، درجه اکسیداسیون کانه های سولفیدی مس در داخل تونل بالاست. از اینرو شیمی آب به سمت شرایط اسیدی سوق می یابد. از آنجاییکه تک IIIقسمتی از زون استرینگر کانسار پلی متال تکنار می باشد و با توجه به نتایج ژئوشیمی بر مبنای کانی سازی از عیار بالای مس برخوردار است از اینرو تمرکز بالای یون فلزی مس در شیمی آب داخل تونل دور از انتظار نیست.

    در تکهای  Iو  IIکه به ترتیب بخش های بالادست زون استرینگر کانسار پلی متال تکنار را شامل               می شوند، بویژه در ارتباط با نمونه آب برداشت شده از داخل تونل اصلی تک I ، به علت وضعیت کانی سازی سین ژنتیک و مدت زمان و میزان اندک تماس نزولات جوی با کانه های سولفیدی داخل تونل شرایط اسیدیته پایینی در محیط آب های زیرزمینی حاکم می گردد لذا از تمرکزات پایین یونهای فلزی برخوردار است.

    از جنبه قابلیت شرب نیز این آبها در منطقه آبهای فاقد کیفیت شرب قرار گرفته اند. این مسئله بر پایه نمودار شولر نیز قابل تأیید است. دیاگرام ویلکاکس برای نمونه های  آب چاههای تک های مذکور نیز مؤید شرایط نامطلوب این آب ها برای مصرف گیاهان است(شکل۲). بدان علت که آبهای  اشاره شده  از شوری بالا و مقادیر بالای سدیم برخوردارند.

·   ارزیابی منابع آب روستاهای پایین دست معدن

    کلیه جریانات سطحی خروجی از ۴ تک معدنی عمدتاً به طرف جنوب غرب منحرف می­شود. بگونه­ای که مزارع کلاته محمدآباد، روستای علی­بیگ ، مزارع دولاب و در انتها بخش انابد را تحت تأثیر قرار           می­دهد(شکل۱). منابع آب باغات و مزارع روستای کلاته جمعه با توجه به نقشه ۱:۲۵۰۰۰ انابد علاوه بر جریانات فوق، از آبراهه­های واقع در شرق ۴ تک معدنی تکنار نیز تأمین می­شود. روستای کلاته جمعه در ۳ کیلومتری معدن در جنوب شرق آن واقع است. آب روستا از قنات و چاه آب تأمین می­شود. آب قنات شامل جریانات خروجی از معدن و آبراهه­های نشأت گرفته از شرق ۴ تک معدنی است. این آب بطور مداوم در تمام فصول سال مورد مصرف اهالی در کشاورزی است. آب چاه روستا مورد مصرف شرب ساکنین روستاست. این آب از چاه پایین دست معدن تأمین می­شود. لازم به ذکر است که در فاصله تقریباً ۵۰ متری جنوب انبار معدن به منظور مهار تا حد ممکن آب­های خروجی از معدن سد بتونی به عرض یک متر و طول ۱۵ متر احداث شده که در جلوی آن چاهی به عمق ۷ متر حفر گردیده است.

    طی لوله­کشی از این چاه به روستای کلاته جمعه، آب معدن به چاه روستا هدایت می شود.آب شرب اهالی روستا از طریق تانکری که از انابد به روستا حمل می شود تأمین می گردد. درمواقعی که از طریق تانکر آب به منظور مصرف شرب اهالی از انابد منتقل نشود، روستائیان از آب چاه مستقر در روستا استفاده می کنند. برداشت شده است.

    روستای علی ­بیگ در فاصله تقریباً ۶ کیلومتری جنوب غرب معدن واقع است. قنات روستای علی بیگ جریانات زهکش شده از ۴ تک معدنی را شامل می­شود. آب قنات در امر کشاورزی و مصارف روزمره چون شستشوی البسه و غیره استفاده می شود. آب شرب ساکنین روستا از طریق تانکر آبی که از انابد بدانجا حمل می­شود تأمین می­گردد. درمواقعی که آب شرب اهالی از طریق تانکر تأمین نشود روستائیان از آب قنات استفاده می­کنند. برای تعیین تمرکز غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه نمونه­های Wmine, GWA.b و  GWK.jبه ترتیب ازمظهر قنات روستای علی­بیگ ، چاه پایین دست معدن و مظهر قنات روستای کلاته جمعه برداشت شده است. به منظور ارزیابی کیفیت آب آشامیدنی منطقه، نمونه های آب برداشت شده از قنات دو روستا و چاه پایین دست معدن با استانداردهای آب آشامیدنیWHO(۲۰۰۰), EPA(۲۰۰۱)  و استاندارد ملی آب اشامیدنی ایران که توسط سازمان استاندارد کشور در سال ۱۳۷۶ وضع شده است، مقایسه گردید.

    طی این مقایسه مشخص گردید که مقادیر تمرکزهای فلزات سنگین  Cu, Zn, Cd تا حدودی پایینتر از مقادیر مجاز استانداردهاست. اما از لحاظ دو عنصر  Asو  Pbآلودگی نشان می دهند. با توجه به درجه آلایندگی بالای این دو عنصر بویژه در محیط های آبی، استفاده ازاین منابع در جهت مصرف شرب اهالی روستا ، بسیارخطرناک و بشدت سلامت ساکنین را مورد تهدید جدی قرار می دهد. دیاگرام های پایپر و شولر نیز مؤید نامناسب بودن آب های مذکور به منظور مصرف شرب است (شکل۳). بر پایه نمودار پایپر هر سه نمونه GWK.j, TKWM, GWA.b در موقعیت قلیایی غیر کربناته بیش از ۵۰ درصد و به ترتیب از نوع  تیپ Na – HCO_۳, Na – Cl, Na – HCO_۳ می باشند.

     به منظور سنجش کیفیت منابع آب های اشاره شده در جهت کشاورزی، نمونه ها با استاندارد آب آبیاری سازمان خوار و بار جهانی FAO) ) و استاندارد آب کشاورزی  که در ضوابط و استانداردهای سازمان محیط زیست ایران در سال ۱۳۸۲ ارائه شده است، مقایسه گردید.   

    در مجموع مطابق با استانداردهای ارائه شده در رابطه با تمرکز مجاز فلزات سنگین، منابع آب دو روستا و چاه پایین دست معدن به علت عدم برخورداری از تمرکزهای بالای عناصر جزئی شدیداً آلاینده و همچنین کاهیدگی ناچیز عناصر اصلی مورد نیاز گیاهان، تبعات سوءی را که از طریق زنجیره غذایی قادر است سلامت آدمیان را تحت الشعاع قرار دهد، بدنبال نخواهد داشت. بنابراین استفاده از این منابع در کشاورزی بلامانع است . لیکن از آنجایی که نمودار ویلکاکس ( نمودار بررسی کیفیت آب از نظر کاربرد کشاورزی) برای نمونه های قنات و چاه پایین دست معدن شوری و مقادیر بالای سدیم را نشان می دهد لذا به منظور کشاورزی مناسب نمی باشند(شکل۳) بدان علت که وجود سدیم به مقدار بالا در محیط اطراف ریشه گیاهان از رسیدن املاح و عناصر مورد نیاز گیاهان ممانعت می کند و بدین ترتیب حیات گیاهان مورد تهدید قرار می گیرد.

نتیجه گیری :

   نتایج نمونه های آب برداشت شده از تکهای معدنیI, II, III  مؤید تمرکز بالای عنصر آلاینده Cu  در نمونه گرفته شده از تونل شمالی تک III است. همچنین از لحاظ پارامترهای هیدروشیمی                       SO۴و TDS   این آب شرایطی اسیدی با املاح بالا را نشان میدهد. نتایج مقایسه نمونه های آب قنات روستاههای پایین دست معدن با استانداردهای مورد تأیید حاکی از تمرکزهای بالای عناصر شدیداً آلاینده  Asو Pb  می باشد. دیاگرام های هیدروشیمی کیفیت سنجی آبها نیز مؤید از عدم کیفیت شرب و نیز مصرف این آبها در بخش کشاورزی است. نظر به اینکه تک III نزدیکترین زون معدنی به مناطق مسکونی است لذا از دیدگاه تأثیرات سوء ناشی از زهابهای اسیدی AMD مملو از یونهای فلزی بر گونه های زیستی منطقه بویژه ساکنین پایین دست معدن بسیار حائز توجه است. از اینرو نیاز است در راستای مدیریت زهاب اشاره شده و بهبود هر چه سریعتر کیفیت آب روستاهای منطقه تدابیری اندیشیده شود. در انتها از همکاریهای سازمان حفاظت محیط زیست و شرکت آب وفاضلاب استان خراسان رضوی کمال تشکر را دارم.

منابع فارسی :

۱.    کیوانی، ناصر، ضوابط واستانداردهای زیست محیطی در زمینه محیط زیست انسانی، ۱۳۸۲، انتشارات دایره سبز سازمان حفاظت محیط زیست ایران

۲.       صداقت، محمود، زمین و منابع آب، ۱۳۷۸، انتشارات دانشگاه پیام نور

۳.    کامکار روحانی، ابوالقاسم، ۱۳۸۴، بررسی آلودگی زیست محیطی ناشی از باطله های معادن طلا و آنتیموان منطقه هیل گرو نیوساوث ولز استرالیا، دومین کنفرانس معادن روباز ایران

Reference:

1. Annual Drinking Water Quality Report Of Santa Fe Hills Subdivision, ۲۰۰۳

2. Akcil, A., Koldas, S., ۲۰۰۵, Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies

3. Bilek , F, Prediction of ground water quality affected by acid mine drainage to accompany in situ remediation, ۲۰۰۴, Vol. ۱۱۳

4. Center for Water and Watershed Studies, Environmental impacts of miningin eastern Washington۱:place>۱:state>, , January ۱۹۹۹

5. Kelley, K.D and Taylor, C.D., ۱۹۹۶, Environmental studies of mineral deposit in Alaska, Edited by John E. Gray and Richard F. Sanzolone, Geologic studies in Alaska by the U.S. Geological Survey Survey Bulletin ۲۱۵۲

6. Sainz, A.,. Grande, J.A., de la Torre, M.L, Characterisation of heavy metal discharge into the Ria of Huelva, ۲۰۰۳

7. WHO. Guideline for drinking water quality, ۲۰۰۴, Available at http://www.who.int/en/.

کلید واژه ها: خراسان رضوى