بررسی منشا و میزان تمرکز آلاینده های فلزی سنگین در حوضه آبریز رودخانه های تالار – تجن – نکارود

توضیحات

چکیده رشد سریع جمعیت و توسعه بی رویه جوامع شهری و روستایی در منطقه ای که اقتصاد آن حول محور کشاورزی می چرخد، اکوسیستم آسیب پذیر نوار باریک ساحل جنوبی خزر را ظرف چند دهه اخیر مورد تعرض و خطر جدی قرار داده است. از طرف دیگر معدنکاری در سر شاخه رودخانه ها، توسعه شبکه خطوط مواصلاتی، احداث سازه های آبخیزداری و نیز توسعه صنعتی مزید بر علت گردیده و نهایتاً موجب تمرکز بسیاری از انواع آلاینده های زیست محیطی در پهنه های آبی و خاکی حوزه آبریز سه رودخانه تالار، تجن و نکارود گشته است به گونه ای که در حال حاضر نه تنها تمرکز آلاینده های فلزی سنگین به چندین برابر مقادیر متعارف جهانی رسیده بلکه در مورد عناصر کرم (Cr)، وانادیوم (V)، نیکل (Ni) ، و روی (Zn) میانگین فراوانی فراتر از مرز تمرکز بحرانی قرار گرفته است. اگر چه بر مبنای داده های ناقص موجود، تصور عوام بر آن است که آسیب زیست محیطی پدید آمده تا کنون موجب بروز مشکلات جدی در چرخه حیات انسانی نگردیده (؟) ولیکن پرواضح است که حیات سایر گونه های زنده – ذخایر شیلاتی، آبزیان، گیاهان و … در معرض خطر جدی قرار دارد. در این نوشتار پس از شرح مختصری در خصوص جغرافیا، اقلیم و ماهیت زمین شناسی منطقه، نگارنده و همکاران در بخش نوپای زمین شناسی زیست محیطی سعی بر آن داشته اند تا ضمن تشریح وضعیت موجود از دیدگاه میزان تمرکز و منشا آلاینده ها و نیز مدیریت دفع مواد زائد، راهکارهای اجرائی کوتاه و بلند مدت در خصوص بهسازی سیستم مدیریت محیط زیست سه رودخانه مذکور را نیز ارائه نمایند. مقدمه انقلاب صنعتی در قرن نوزدهم میلادی دستاوردهای بسیاری را برای رفاه نوع بشر به همراه داشته است. ولیکن در مسیر بهره گیری از توسعه فن آوری (تکنولوژی) به نظر می رسد بهره برداری غیر اصولی از محیط زیست همواره بر حفظ آن مقدم بوده است به گونه ای که افزایش بی رویه جمعیت و پیامدهای آن مانند توسعه شهرنشینی و گسترش فعالیت های کشاورزی و صنعتی تعادل طبیعی اکوسیستم ها را برهم زده و کاهش کیفیت عوامل زیست محیطی، آب، هوا و خاک را بدنبال خواهد داشت. در دهه های اخیر دامنه تخریب برخی از اکوسیستم های کشور و جهان به گونه ای گسترش یافته است که بازسازی و برگرداندن آنها به حالت تعادل اولیه مستلزم برنامه ریزیهای اساسی و صرف هزینه های هنگفت خواهد بود. پیرو رونق بحث تشکیل گروه زمین شناسی زیست محیطی در سازمان زمین شناسی و اکتشاف معدنی کشور در سال 78 و نیز پیرو اقدامات صورت پذیرفته در راستای متمرکز نمودن سیاست گذاری این بخش پس از چندین جلسه بحث کارشناسی و تشکیل جلسه نهایی (تابستان 79) با حضور معاونین محترم اکتشاف، امور آزمایشگاهها و زمین شناسی بنابر آن شد تا در نیمه دوم سال 79 عمده فعالیت گروه بر دو محور بررسی منشا و میزان آلودگی و نیز مکان یابی دفن زباله در حوزه آبریز سه رودخانه تالار، تجن و نکارود متمرکز گردد. از آنجا که در طراحی برنامه های اصولی برای حفظ و نگهداری محیط زیست متعادل، شناسایی و مطالعه ویژگیهای اکولوژیکی و زیست محیطی هر یک از اکوسیستم ها و نیز شناسایی عوامل مخرب و میزان تخریب بوجود آمده در اولویت قرار دارند لذا پیرو مندرجات سطور پیشین محور اول مطالعات با عنایت به زمینه قبلی مطالعات مشابه در تالاب انزلی و جزیره خارک توسط گروه اکتشاف ژئوشیمیایی، به بخش ژئوشیمی و محور دوم یا به عبارت دیگر مکان یابی دفن زباله و تشریح وضعیت موجود به مدیریت زمین شناسی مهندسی و زیر مجموعه تابعه واگذار گردید. نوشتار حاضر که با هدف بررسی منشا و تعیین الگوی انتشار آلاینده های فلزی سنگین (Heavy Metal Pollutants) تهیه شده سعی بر آن دارد تا ضمن بررسی منشا آلاینده و نیز تشریح وضعیت موجود محیط زیست را برای اجرای بهینه هرگونه توسعه صنعتی یا اجتماعی آتی از دیدگاه محیط زیست سعی در حذف یا تقلیل آلاینده ها در منبع تولید هموار سازد. در بخش دوم این گزارش، وضعیت موجود مدیریت دفع مواد زائد، چشم انداز توسعه آتی با رعایت استانداردها و موازین زیست محیطی و نیز راهکارهای مکان یابی دفن زباله در حوضه آبریز سه رودخانه مزبور مورد بحث واقع گشته است. نگارنده ضروی می داند تا در همین قسمت ضمن تشکر و قدردانی از معاونت محترم زمین شناسی، مدیریت زمین شناسی زیست محیطی، ریاست و پرسنل آزمایشگاه مکانیک خاک به ویژه آقای مهندس محمدرضا قهرمانی تبریزی تقدیر خود را نسبت به معاونت محترم اکتشاف آقای دکتر مهرپرتو، مدیریت اسبق خدمات اکتشاف آقای مهندس کیوانفر و ریاست اسبق گروه اکتشاف ژئوشیمیایی آقای مهندس کوثری تقدیم دارد. امید است نتایج حاصل از تدوین این نوشتار بتواند ضمن در دسترس قرار دادن اطلاعات پایه، اجرای هر گونه پروژه توسعه آتی در بلند مدت را با موازین حاکم بر سیستمهای مدیریت زیست محیطی (Environmental Management Systems) منطبق سازد.   فرشاد لویزه خرداد 1381 زمین شناسی مقدمه از آنجا که سه رود خانه مورد بررسی در این نوشتار در محدوده ورقه 1:250000 ساری قرار گرفته و نیز با توجه به اینکه هر گونه بحث در خصوص ویژگیهای ژئوشیمیایی انتشار عناصر و تعبیر و تفسیر در مورد منشا و میزان تمرکز آلایند های فلزی سنگین (HMP) در گرو شناخت صحیح و دقیق زمین شناسی و به ویژه لیتولوژی سنگ های بالادست رودخانه ها می باشد لذا در بندهای بعدی همین بخش سعی بر آن است تا ضمن پرهیز از ذکر جزئیات خصوصیات کلی زمین شناسی منطقه در دو بخش شرقی و غربی برگه ساری مورد بحث واقع گردد.   جغرافیا و ریخت شناسی برگه 1:100000 ساری با مختصات 54  50  52  طول جغرافیایی شرقی و 36  37 درجه عرض شمالی بخش هایی از دو استان سمنان و مازندران و نیز بخشی از استان تازه تاسیس گلستان به مرکزیت گرگان را در بر می گیرد. بخش های جنوبی این برگه بخشی از رشته کوه البرز را شامل می گردد که به صورت ارتفاعات موازی با روند عمومی شرقی – غربی و خط الراس های تیز و بلند منشا و منبع اصلی چندین رودخانه دائمی در امتداد عمومی جنوب به شمال را تشکیل می دهند. بخش عمده مردم در محدوده مورد بررسی ، از نژاد طبری هستند که گویش آنها مازنی است و به دلیل شرایط مناسب اقلیمی عموماً به کشاورزی و دامپروری اشتغال دارند. فراورده های کشاورزی در شمال منطقه شامل برنج، گندم، جو و آفتاب گردان و در بخش های جنوبی و جنوب شرقی (استان سمنان) تنها محصولات باغی می باشد. پوشش گیاهی وسیع علاوه بر تاثیر مستقیم در اقتصاد منطقه ، اقتصاد انرژی را نیز تحت تاثیر قرار داده است به گونه ای که جنگل منبع عمده ای برای گرمایش و احداث بناها به شمار می رود. سه عامل زمین ساخت، فرسایش و جنس سنگهای تشکیل دهنده منطقه، ریخت کنونی این بخش از البرز را پدید آورده است که در این میان نقش عامل زمین ساخت برجسته تر از دو پارامتر دیگر به نظر می رسد. رخنمون های سنگی در این محدوده به دلیل رانده شدن توده های مختلف بر روی یکدیگر دارای ارتفاع زیاد و عموماً نزدیک به هم بوده و لبه های بریده، خط الراس های تیز و دیواره های بسیار بلند از ویژگیهای آن می باشند. بیشتر دره ها و فرورفتگی ها، معمولاً در راستای گسلهای بزرگ و هم راستا با محور چین خوردگی البرز شکل گرفته اند که در بخش های جنوب خاوری پهن و گسترده و در بخش های شمالی تر عمیق و تنگ می باشند.   زمین ساخت آنچه مسلم است رشته کوه البرز، در کمربند زمین ساخت آلپ هیمالیا واقع شده و چین خوردگی البرز و شکل گرفتن آن در فاز چین خوردگی آلپی صورت گرفته است ولی پس از آن نیز فعالیت های زمین ساختی همواره رشته کوههای البرز را تحت تاثیر قرار داده است. به طور کلی اینگونه می توان بیان داشت که تکتونیک البرز، یک تکتونیک جوان و پیوسته فعال بوده و اکنون نیز این فعالیت ها ادامه دارد.  بخش جنوبی و جنوب شرقی منطقه مورد بررسی از ورقه های متعددی که بر روی یکدیگر رانده شده است به وجود آمده و شواهد صحرائی موجود همگی دال بر راندگی از شمال به سمت جنوب می باشد. از جمله گسل های راندگی می توان به راندگی بزرگ شمال البرز، راندگی بادله، گسل صبور و گسل گیو اشاره نمود.   زمین شناسی عمومی نیمه خاوری نیمه شرق برگه ساری محدود به مختصات 54  15  53 طول شرقی و 36  37 عرض شمالی، عموماً سرشاخه های نکارود و در بخش جنوبی سه سر شاخه عمده تجن، شیرین رود، سفید رود و زارم رود را در بر می گیرد و قدیمی ترین سنگهای رخنمون یافته در منطقه را شیل و اسلیت های سازند کهر در بخش جنوب شرقی ورقه تشکیل می دهد. تناوبی از رخساره های سنگی سازندهای سلطانیه (دولومیت)، ماسه سنگ میکادار باروت، ماسه سنگ و کوارتزیت زایگون و لالون، دولومیت، مارن و شیل میلا، آهک و ماسه سنگ جیرود، شیل و آهک نازک لایه مبارک، شیل درود و آهک و مارن روته در پالئوزوئیک و قبل از آن، در جنوب شرقی محدوده مورد بررسی قابل رویت می باشند. مزوزوئیک در این بخش با رخساره های آهکی سازند الیکا (تریاس) شروع و با مقطعی از رخساره های شمشک (شیل و ماسه سنگ)، آهک دلیچای، آهک لار و آهک ضخیم لایه تیزکوه در کرتاسه پائین ادامه و نهایتاً با تناوبی از آهک و مارن در کرتاسه بالائی پایان می یابد. در سنوزوئیک، مارن و سنگ آهک ماسه ای در پالئوسن، رخساره های آهکی سازند زیارت و شیل های آهکی و توف سازند کرج در ائوسن عمده متشکلین منطقه را تشکیل می دهند. سنگ های نئوژن در این بخش تماماً رسوبی و شامل نهشته های میوسن و جوانتر است که در بخش شمالی برگه ضمن گسترش زیاد، از تنوع لیتولوژیکی و زمانی نیز برخوردار است، کنگلومرا، ماسه سنگ درشت دانه و مارن قسمتی از این رخساره های لیتولوژی محسوب می گردند. پلیوسن و کواترنر نیز گرچه به واحدهای سنگ چینه ای متعددی تقسیم شده که از حوصله این نوشتار خارج است ولیکن واحدهای PLac (کنگلومرا) آبرفت های جوان Qt1 و Qt2 ، تراورتن Qtr ، رسوبات رودخانه ای و آبراهه ای Qal و لس و آبرفتهای جوان Qt2c و Qtr از مهمترین نهشته های آن محسوب می گردند. از دیدگاه زمین شناسی اقتصادی نیز اندیس هایی از زغال سنگ، لاتریت و بوکسیت در گروه پتانسیل های غیر فلزی و سرب و روی و باریت در گروه پتانسیل های فلزی به صورت محدود در این منطقه قابل رویت می باشند ولیکن آنچه از دیدگاه این گزارش چنانچه در بخشهای بعدی نیز بدان اشاره شد حائز اهمییت است اینکه در هیچ یک از سرشاخه های عمده دو رودخانه تجن و نکارود در محدوده شرقی برگه ساری اثر معدنی که بتواند منشا بروز آلودگی های فلزی سنگین با منشا زمین شناسی (Geogenic) در منابع آب و خاک پائین دست رودخانه های مزبور باشد وجود ندارد. زمین شناسی عمومی نیمه باختری نیمه غربی برگه ساری محدود به مختصات 30  52 تا 15  53 طول شرقی و 36  تا 37 درجه عرض شمالی، عموماً سرشاخه های رودخانه تالار و نیز بخشی از سرشاخه های شرقی رودخانه تجن، لاجیم، ریگ چشمه و امره رود را در بر گرفته و ارتفاع آن بین چند ده متر زیر سطح دریای آزاد تا 3701 متر بالای سطح دریا در بخش جنوبغربی نقشه متغیر است. گسترش جمعیت بیشتر در مناطق مسطح بوده و در مرحله بعد شهرک ها و دهکده های واقع در دامنه جنوبی ارتفاعات را نیز می توان ذکر نمود که در بخش های خیلی مرتفع به صورت اقامت گاههای ییلاقی می باشد و در طول سال معمولاً خالی از سکنه می باشند. پوشش گیاهی وسیع و متراکم، بالا بودن رطوبت نسبی و نیز مه گرفتگی در ارتفاعات از ویژگیهای مختص این بخش از برگه ساری می باشند . قدیمی ترین واحد های سنگی محدوده مورد بررسی سنگ آهک و سنگ آهک های ماسه ای سازند درود می باشند که رخنمون آن در تاقدیس جنوب قهوه خانه آپون (جاده پل سفید – آلاشت) قابل رویت بوده و روی آن سنگ آهک های روته و نسن قرار گرفته اند. توالی رسوبی با سنگ آهک های سازند الیکا، شیلهای سیاه تریاس بالا تا دوگر و نیز رخساره های ذغال دار ماسه سنگ شمشک و سنگ آهک های معادل دلیچای و بالاخره آهک های سازند لار در بخش فوقانی ادامه می یابد. سنگ آهک های اربیتولین دار در منطقه مشاهده شده که بر حسب پراکندگی جغرافیایی در رده های سنی آپسین تا سنومانین رده بندی می گردند، نهشته های کرتاسه پسین دارای گسترش خوبی در منطقه بوده و تقریباً تمامی آشکوب های آن قابل تشخیص می باشند. علاوه بر آن نهشته های پالئوسن زیرین تا میانی نیز در منطقه (بخش های شمالی گسلی بزرگ شمال البرز) رویت شده است. در نواحی جنوب رخساره سنگ آهک و مارن پالئوسن پسین تا ائوسن پیشین گسترش داشته و به سمت شمال تا ردیف سنی ائوسن میانی نیز ادامه می یابند و این در حالی است که هیچ اندیسی از فعالیتهای آتشفشانی ائوسن – الیگوسن در منطقه دیده نشده است. اگر چه در منطقه هیچ اثری از رسوبات الیگومیوسن زیرین دیده نمی شود ولیکن مختصری نشانه های گچ، مارن و آهک را شاید بتوان معادل میوسن میانی در نظر گرفت اما به عکس در میوسن بالائی، ضخیم ترین رخنمون نهشته های میوسن و پلیوسن جنوب حوضه خزر به صورت گسترش و ضخامت قابل توجه مارن و آهک های ماسه ای، حد فاصل شیرگاه تا جوارم قابل رویت می باشند. قسمت اعظم رسوبات کواترنر در این بخش از برگه مدفون بوده و در سطح زمین رخنمون های ناچیزی از رسوبات کواترنر منطقه قابل بررسی است. از دیدگاه زمین شناسی اقتصادی نیز گرچه پتانسیل های متعددی از سنگ آهک، دولومیت، شیل های منبسط شونده گل سر شور، مختصری اکسید آهن، اندیس هایی از باریت و فلورین در منطقه گزارش شده است ولیکن به استثنای نهشته های ذغال سنگ مناطق کارمزد و زیر آب که ماهیت وجودی و نیز معدنکاری غیر اصولی آن از دیدگاه محیط زیست در دهه های گذشته تاثیر قابل توجهی در تغییر کیفیت و کمیت منابع آب های سطحی سرشاخه های رودخانه تالار داشته است. اثرات معدنی دیگری که بتواند منشا بروز آلودگی فلزات سنگین با منشا زمین شناسی در منابع آب و خاک پائین دست رودخانه های تالار و تجن باشد، قابل ذکر نمی باشند. هیدرولوژی و هیدروژئولوژی حوضه آبریز هراز – تجن با توجه به اینکه سه رودخانه تالار و تجن و نکارود بخشی از حوضه آبریز هزار و تجن محسوب می گردند لذا ذیلاً به تشریح ویژگیهای کلی این حوضه پرداخته می شود. وسعت این حوضه آبریز حدود 21203 کیلومتر مربع است که 24 درصد آن را دشت های ساحلی مازندران و مابقی را ارتفاعات در بر می گیرد، این حوضه از شمال به دریای خزر، از شرق به رودخانه قره سو، از غرب به حوضه آبریز رودخانه سفید رود و از جنوب به ارتفاعات البرز محدود می شود. در این حوضه آبریز، بیشینه ارتفاع به قله دماوند با 5671 متر و کمینه آن به سطح دریای خزر با 28 متر ارتفاع تعلق داشته و چندین رودخانه دائمی از جنوب به شمال در آن جریان دارد که مهمترین آنها، هراز، تجن، بابل رود، تالار و نکارود می باشند. از کل 3870 میلیون متر مکعب آبی که سالانه توسط این رودخانه ها زهکشی می گردند، 28% آن به مصرف کشاورزی و مابقی تقریباً بلااستفاده به دریا می ریزد. علی رقم بارش مناسب و توزیع فصلی نسبتاً همگون در طول سال، بهره برداری از منابع آب زیر زمینی از گذشته دور در این مناطق متداول بوده و طبق آمار تا پایان سال 1364، میزان بهره برداری از آب زیر زمینی دشت های ساحلی معادل 1379 میلیون متر مکعب بوده است (3% کل کشور) که از این مقدار 76% توسط چاههای عمیق و کم عمق، 21% چشمه و 2% مابقی توسط قنات تخلیه می گردند. دشت های ساحلی پوشیده از رسوبات دریاچه ای با ضخامت بیش از 1000 متر است که در اثر پیشروی و پسروی مکرر دریای خزر در عمق با تنوع رسوبگذاری همراه است و حاوی آب شور دریا می باشند، ضخامت این سفره ها به دلیل ماهیت تشکیل بسیار متغییر بوده و بین حد اکثر 300 متر در بخش میانی و مخروط افکنه رودخانه ها تا حد اقل 10 متر در بخش انتهائی دشت متغییر است. رسوبات آبرفتی میان دشتی و مخروط افکنه ها حدود 56% از وسعت دشت ها را به خود اختصاص می دهد که از مواد دانه درشت و متوسط با نفوذ پذیری مناسب تشکیل شده اند، حدود 7% وسعت دشت ها را نیز رسوبات باتلاقی و کویر مانند پوشانده که بیشتر در اطراف خلیج گرگان و بخش شرقی رودخانه نکا دیده می شوند. 31% رسوبات دانه ریز و 6% ماسه های ساحلی عموماً در بخش شمالی دشت دیده شده و نفوذ پذیری خوبی دارند.  چنانچه قبلاً نیز اشاره شد بخش اصلی وسعت حوزه آبریز رودهای مازندران را ارتفاعات تشکیل می دهد که سازند های تشکیل دهنده آن به دلیل تحمل فشارهای تکتونیکی و حرکات کوهزائی، در زیر شکاف و خرد شدگی قراوان داشته و محل مناسبی برای نفوذ آب به ویژه در سنگ های آهکی شده است که انحلال بعدی و پیشرفت آن موجب تشکیل چشمه های کارستیک بزرگی مانند چشمه عمارت بهشهر و چشمه های دره لار و هراز گشته است.     سنگهای آهکی ژوراسیک سازند لار که 28% ارتفاعات مزبور را تشکیل می دهند در گروه فوق رده بندی می گردد. وسعت سایر سازندهای آهکی در حوزه آبریز حدود 933 کیلومتر مربع بوده که (6% وسعت ارتفاعات) از دیدگاه آبدهی و کیفیت آب کم و بیش در همان گروه قابل رده بندی است. علاوه بر سنگهای آهکی، سنگهای غیر کربناته که دارای نفوذپذیری هستند حدود 54% ارتفاعات را می پوشاند که این سنگها نیز به علت داشتن درز و شکاف های زیاد باعث نفوذ و ذخیره آب زیرزمینی شده و چشمه های متعدد با آبدهی کم در آنها به وجود آمده است. 12 درصد از وسعت ارتفاعات را نیز سازندهای نفوذ ناپذیر که عموماً در افق تحتانی سازند های نفوذپذیر قرار گرفته است تشکیل می دهد. نظر به اینکه سهم گسترش سازندهای شور کننده منابع آب حوزه در ارتفاعات بسیار ناچیز و در حدود 5% می باشد لذا از دیدگاه کیفیت آب، 5/74 درصد وسعت دشت ها دارای آب با کیفیت مناسب ، 5/17 درصد با کیفیت متوسط تا حداقل قبول برای کشاورزی و 8% بقیه حاوی آب شور و غیر قابل مصرف است. متعاقباٌ در ارتفاعات نیز در صورت داشتن مخازن آب، 46% آب دارای کیفیت مناسب، 53% متوسط تا حد اقل قبول و تنها یک درصد شور و غیر قابل استفاده است، جدول شماره 1.   حوضه آبریز رودخانه تالار جغرافیا و ریخت شناسی جنوبی ترین بخش رودخانه تالار در ارتفاع تقریبی 1850 متر از سطح دریا در مختصات جغرافیایی (57  52) طول شرقی، (51  35) عرض شمالی از ارتفاعات جنوب ایستگاه راه آهن دو گل و تونل چپ دره در جاده تهران، قائم شهر سرچشمه گرفته و با پیوستن چندین سرشاخه فرعی دائمی در بخش های بعدی، با پیمودن مسافتی حدود 90 کیلومتر در نقطه ای به مختصات تقریبی 44  36 عرض شمالی و 45  52 طول شرقی به دریای خزر می ریزد. حوضه آبریز رودخانه تالار با وسعت تقریبی 2000 کیلومتر مربع در محدوده ارتفاعات حداکثر 2500 متر و حداقل 25 متر پائین تر از سطح دریای آزاد قرار گرفته و شامل دو بخش کوهستانی و دشت می باشد، رژیم این رودخانه در قسمتهای پائین دست تحت تاثیر ریزش باران و در قسمتهای کوهستانی بالا دست تحت تاثیر میزان تراکم و ذوب برف بوده و دبی فصلی آن به همین دلیل نسبتاً یکنواخت است.   هیدرولوژی آبدهی سالیانه رودخانه تالار طی دوره آماری 61- 1330 مبین ارقام کمینه 151 میلیون متر مکعب در سال 1344-1343 بر پیشینه 700 میلیون متر مکعب در سال 1332-1331 متغییر بوده و متوسط سالانه آن به 380 میلیون متر مکعب در دوره آماری سی ساله مذکور بالغ می گردد. با توجه به رژیم تغذیه این رودخانه متوسط بیشترین میزان آبدهی در طول ماههای سال متغییر به ماه فروردین با مقدار 5/46 و کمترین آن مربوط به ماه های مرداد و شهریور با مقدار 18000 میلیون متر مکعب می باشد، نمودارهای شماره 2 و 3.