نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

سابقه و هدف:
ذرات گرد و غباری که توسط جریان­ های هوا حمل می­ شوند بر کیفیت محیط زیست اثر می­ گذارند. ترکیب­ های شیمیایی این ذرات از عامل­ های موثر بر کیفیت زندگی ساکنان هر منطقه است. گرد و غبار ناشی از فرسایش خاک در سال ­های اخیر مشکل­ های فراوانی را برای ساکنان نیمه غربی ایران به ­وجود آورده است. موقعیت جغرافیای ایران و نزدیکی آن با کشورهایی نظیر عراق، سوریه و عربستان که منابع تولید این گرد و غبار در آن­ ها قرار دارد در کنار معضلاتی نظیر تغییر اقلیم از جمله دلیل­ های بروز و تشدید این پدیده بحران ­ساز تلقی می ­گردند. از این­رو مطالعه و شناسایی ویژگی­ های این پدیده از جمله ویژگی­ های شیمیایی آن می ­تواند به گرفتن تدابیر پیش­گیرانه و بیان راهکار علمی برای کنترل آسیب­ های این پدیده کمک کند. هدف از این مطالعه مقایسه مقادیر یون ­های محلول موجود در ذرات گرد و غبار باریده بر عرض­ های مختلف جغرافیایی در نیمه غربی ایران است.
مواد و روش­ ها:
در این تحقیق سه ایستگاه در شهرهای سنندج، خرم آباد و اندیمشک در نیمه غربی ایران برای نمونه ­برداری از ذرات گرد و غبار تعیین گردید. نمونه ­برداری به ­صورت ماهانه به­مدت یک سال در شهرهای سنندج، خرم­ آباد و اندیمشک به ­طور همزمان و به روش غیر فعال انجام شد و تجزیه و تحلیل داده­ های به­ دست آمده نیز با استفاده از نرم افزارهای SPSS-ver23 وExcel 2016  انجام گردید. برای مقایسه ویژگی­ های شیمیایی ذرات گرد و غبار از ضریب واگرایی و آزمون چند دامنه ­ای دانکن استفاده شد.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد کلسیم و سولفات با میانگین ­های 0.592، 0.271 میلی­گرم بر گرم نسبت به دیگر یون ­ها از غلظت بالاتری در نمونه ­های گرد و غبار مطالعه شده برخوردار هستند. بالا بودن غلظت کلسیم نشان می­ دهد که گرد و غبار باریده بر سه ایستگاه دارای منشا طبیعی بوده و به­ طور عمده شامل خاک ­ها و تشکیلات زمین شناسی آهکی می ­باشد. در ضمن غلظت بالای سولفات نیز نشان دهنده سهم رسوبات تبخیری بویژه کانی ژیپس (سولفات کلسیم آبدار) در ذرات گرد و غبار مورد مطالعه می ­باشد. محاسبه ضریب واگرایی نیز نشان داد که ویژگی ­های شیمیایی در سه ایستگاه اکثرا مشابه هستند (5.0CD <). همبستگی ضریب واگرایی کاتیون­ های سنندج و خرم آباد با فاکتور باد ( p <0.05، 0.99 =r )، آنیون­ های سنندج و اندیمشک با فاکتور بارش و رطوبت به ­ترتیب (p <0.01، 1 =r ) و (p <0.05، 0.89 =r ) نشان داد که عوامل هواشناسی در کیفیت ویژگی های شیمیایی ذرات گرد و غبار تاثیر دارد. آزمون چند دامنه ­ای دانکن نیز نشان داد که سدیم به ­عنوان عنصری که حلالیت بسیاری بالایی دارد در فصل بهار در هر سه ایستگاه غلظت متفاوتی داشت (0.05>p). همچنین ترکیب­ هایی مانندCaSO4، Ca(NO3)2،Mg(NO3)2 ، NaCl، KF و CaF2در هر سه ایستگاه مشاهده شد که حضور این ترکیب ­ها گویای وجود کانی ­هایی مانند ژیپس، انیدریت و هالیت در ذرات گرد و غبار می ­باشند.
نتیجه­ گیری:
شرایط محیطی عرض­ های جغرافیایی مختلف از جنبه­ های متعددی بر ویژگی­ های شیمیایی ذرات گرد و غبار رسیده از مناطق دور تأثیر گذار هستند. با این حال مقادیر و تغییرات غلظت یون­ های محلول شامل کاتیون­‌های Ca2+،Mg2+ ،Na+ ،K+  و آنیون ­هایNO3-، SO4-2،Cl- ،F-   در ذرات گرد و غبار باریده بر سه ایستگاه سنندج، خرم آباد و اندیمشک که پس از طی مسافت طولانی به مناطق مختلف نیمه غربی ایران می ­رسند بیشتر دارای مشابهت زیادی هستند. از این­رو می­ توان گفت که گرد و غبار باریده بر این سه شهر از منابع مشابه و تا حد زیادی یکسان نشات می­ گیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of soluble ions in dust fall among various latitudes in western Iran

نویسندگان [English]

  • Nahid Mahmoodimahpash
  • Bubak Souri

Department of Environmental Sciences, Faculty of Natural Resources, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Dust particles moved by air streams influence the quality of the environment. Chemical compounds of these particles are influential on the life’s quality of the residents of every region. Dust fall particles originated from the soil erosion has caused many problems for the residents of western Iran during recent years. Iran's geographical location in the vicinity of Iraq, Syria, and Saudi Arabia, where are major sources of dust, alongside issues such as climate change are among the roots for making and worsening this critical phenomenon. Hence, investigation and recognition of characteristics of this phenomenon including chemical characteristics of it may help the adaptation of pre-emptive measures and reaching scientific clues to control harms of this phenomenon. The main objective of this study was to compare the concentration of soluble ions in dust fall particles among various latitudes in western Iran.
Material and methods:
Simultaneous samplings were conducted monthly for one year in three cities i.e. Sanandaj, Khorramabad and Andimeshk using the passive method. The obtained data were then analyzed by Excel and SPSS v.23. For comparison of chemical characteristics of the dust fall particles, Coefficient of Divergence (CD) and Duncan's Multiple Range Test (MRT) were applied.
Results and discussion:
The results showed that calcium and sulfate with a concentration of 0.271 and 0.592 mg.g-1, respectively, had the highest concentration among the studied dust fall samples. High calcium concentration confirms that the dust fall on the three stations has natural origins, which are mainly calcareous soils and geological formations. Additionally, a high concentration of sulfate implies a share of evaporated sediments, particularly gypsum (hydrated calcium sulfate), among the studied dust fall particles. Calculation of CD also showed that chemical characteristics of dust falls in the three stations were mostly similar (CD < 0.5). Correlation of CD between cations in Sanandaj and Khorramabad and the wind factor (r= 0.99, p < 0.05), anions of Sanandaj and Andimeshk and rainfall (r= 1, p < 0.01) and moisture factors (r= 0.89, p < 0.05), respectively, demonstrated that the meteorological factors influence chemical characteristics of dust fall particles. MRT also showed that sodium as a highly soluble element had different concentrations throughout the three stations in the spring season (< 0.05). Moreover, compounds such as CaSO4, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, NaCl, KF and CaF2 were found in the three stations, which confirm the presence of gypsum, anhydrite, and halite among the dust fall particles.
Conclusion:
Environmental conditions in various latitudes influence the chemical characteristics of dust fall particles from various aspects. Nevertheless, values and changes in the concentration of soluble ions in the dust fall including Ca2+, Mg2+, Na+, and K+ cations and NO3-, SO42-, Cl-, and F- anions in the three stations of Sanandaj, Khorramabad, and Andimeshk were mainly similar. Hence, it can be concluded that the dust fall on the three studied cities originated from the same sources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dust Fall Particles
  • Soluble ions
  • Coefficient of divergence
  • Multiple range test
  • Western Iran

Al- Harbi, M., 2015. Characteristics and composition of the falling dust in urban environment. International Journal of Environmental Science and Technology. 12, 641-652.

Behrooz, D.R., Sari, E.A., Bahramifar, N. and Kaskaoutis, D.G., 2017. Analysis of the TSP, PM10 concentrations and water-soluble ionic species in airborne samples over Sistan, Iran during the summer dusty period. Journal of Atmospheric Pollution Research. 8, 403-417.

Birgani, A.H., Mirnejad, H., Feiznia, S. and McQueen, K.G., 2015. Mineralogy and geochemistry of atmospheric particulates in western Iran. Journal of Atmospheric Environment. 119, 262-272.

Cao, J., Wang, Q.Y., Chow, J.C., Watson, J.G., Tie, X., Shen, Z.X., Wang, P. and An, Z.S., 2012. Impacts of aerosol compositions on visibility impairment in Xi’an, China. Journal of Atmospheric Environment. 59, 559-566.

Cheng, Ch.M., You, F.M., Cao, J. and Jin, Zh., 2012. Spatial and seasonal variability of water-soluble ions in PM2.5 aerosols in 14 major cities in China. Journal of Atmospheric Environment. 60, 182-192.

Hojati, S., Khademi, H., Cano, A.F. and Landi, A., 2012. Characteristics of dust deposited along a transect between central Iran and the Zagros Mountains. Journal of Catena. 88, 27-36.

Huang, X., Liu, Z., Zhang, J., Wen, T., Ji, D. and Wang, Y., 2016. Seasonal variation and secondary formation of size-segregated aerosol water-soluble inorganic ions during pollution episodes in Beijing. Journal of Atmospheric Research. 168, 70- 79.

Indoitu, R., Orlovsky, L. and Orlovsky, N., 2012. Dust storms in central Asia: spatial and temporal variations. Journal of Arid Environments. 85, 62-70.

Jaradat, Q.M., Momani, K.M., Jbarah, A.Z.Q. and Massadeh, A., 2004. Inorganic analysis of dust fall and office dust in an industrial area of Jordan. Journal of Environmental Research. 96, 139-144.

Javed, W., Wexler, A., Murtaza, G., Ahmad, H.R. and Basra, S.M.A., 2015. Spatial, temporal and size distribution of particulate matter and its chemical constituents in Faisalabad, Pakistan. Journal of Atmosfera. 28, 99-116.

Kang, Ch.H., Kim, W.H., Ko, H.J. and Hong, S.B., 2009. Asian dust effects on total suspended particulate (TSP) compositions at Gosan in Jeju Island, Korea. Journal of Atmospheric Research. 94, 345–355.

Kang, E., Han, J., Lee, M., Lee, G. and Kim J.Ch., 2013. Chemical characteristics of size-resolved aerosols from Asian dust and haze episode in Seoul Metropolitan City. Journal of Atmospheric Research. 127, 34–46.

Khuzestani, R.B. and Souri, B., 2013. Evaluation of the heavy metal contamination hazards in nuisance dust particles, in Kurdistan province, Western Iran. Journal of Environment sciences. 25, 251346-1354.

Lagzi, I., Meszaros, R., Gelybo, G. and Leelossy, A., 2013. Atmospheric Chemistry. Eötvös Lorand University, ELTE Faculties of Science Student Foundation, Hungary.

Lawerence, C.R. and Neff, J.C., 2009. The contemporary physical and chemical flux of Aeolian dust: A synthesis of direct measurements of dust deposition. Journal of Chemical Geology. 267, 46–63.

Lee, B.K. and Hieu, N.Th., 2013. Seasonal ion characteristics of fine and coarse particles from an urban

residential area in a typical industrial city. Journal of Atmospheric Research. 122, 362–377.

Liu, D., Abuduwaili, J., Lei, J. and Wu, G., 2011. Deposition rate and chemical composition of the Aeolian Dust from a Bare Saline Playa, Ebinur Lake, Xinjiang, China. Journal of Water, Air, & Soil Pollution. 218, 175–184.

Ma, Y., Wang, Z., Tan, Y., Xu, S., Kong, S., Wu, G., Wu, X. and Li, H., 2016. Comparison of inorganic chemical compositions of atmospheric TSP, PM10 and PM2.5 in northern and southern Chinese coastal cities. Journal of Environmental Sciences. 55, 339-353.

Mmari, A.G., Potgieter-Vermaak, S.S., Bencs, L., McCrindle, R.I. and Grieken, R.V., 2013. Elemental and ionic components of atmospheric aerosols and associated gaseous pollutants in and near Dar es Salaam, Tanzania. Journal of Atmospheric Environment. 77, 51- 61.

Miri, A., Ahmadi, H., Ekhtesasi, M.R., Panjehkeh, N. and Ghanbari, A., 2009. Environmental and socio-economic impacts of dust storms in Sistan region, Iran. International Journal of Environmental Studies. 66, 343–355.

Norouzi, S., Khademi, H., Ayubi, Sh., Cano, F.A. and Acosta, A.J., 2017. Seasonal and spatial variations in dust deposition rate and concentrations of dust-borne heavy metals, a case study from Isfahan, central Iran. Journal of Atmospheric Pollution Research. 8, 1-4.

Rashki, A., Eriksson, P.G., Rautenbach, C.J.D.W., Kaskaoutis, D.G., Grote, W. and Dykstra, J., 2013. Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region, Iran. Journal of Chemosphere. 90, 227–236.

Shen, Z.X., Cao, J.J., Arimoto, R., Zhang, R.J., Jie, D.M., Liu, S.X. and Zhu, C.S., 2007. Chemical composition and source characterization of spring aerosol over Horqin sand land in northeastern China. Journal of Geophysical Research. 112, 1-15.

Shen, Zh., Wang, X., Zhang, R., Ho, K., Cao, J.J. and Zhang, M., 2011. Chemical composition of water-soluble ions and carbonate estimation in spring aerosol at a semi-arid site of Tongyu, China. Journal of Aerosol and Air Quality Research. 10, 360–368.

Singh, A., Rastogi, N., Patel, A. and Singh, D., 2016. Seasonality in size-segregated ionic composition of ambient particulate pollutants over the Indo-Gangetic Plain: Source apportionment using PMF. Journal of Environmental Pollution. 219, 906-915.

Tam, W.W.S., Wong, T.W., Wong, A.H.S. and Hui, D.S.C., 2012. Effect of dust storm events on daily emergency admissions for respiratory diseases. Journal of Respirology. 17, 143-148.

Wang, Sh., Wang, J., Zhou, Z. and Shang, K., 2005. Regional characteristics of three kinds of dust storm events in China. Journal of Atmospheric Environment. 39, 509–520.

Wang, Y., Zhuang, G., Tang, A., Yuan, H., Sun, Y., Chen, Sh. and Zheng, A., 2005a. The ion chemistry and the source of PM2.5 aerosol in Beijing. Journal of Atmospheric Environment. 39, 3771- 3784.

Wang, Y., Zhuang, G., Sun, Y. and An, Z., 2005b. Water-soluble part of the aerosol in the dust storm season- evidence of the mixing between mineral and pollution aerosols. Journal of Atmospheric Environment. 39, 7020–7029.

Yang, Y.Q., Hou, Q., Zhou, C.H., Liu, H.L., Wang, Y.Q. and Niu, T., 2008. Sand/dust storm processes in Northeast Asia and associated large-scale circulations. Journal of Atmospheric Chemistry Physics. 8, 25–33.

Zhang, Q., Shen, Zh., Cao, J., Ho, K., Zhang, R., Bie, Z. and Chang, H., 2014. Chemical profiles of urban fugitive dust over Xi’an in the south margin of the Loess Plateau, China. Journal of Atmospheric Pollution Research. 5, 421–430.

Zhang, T., Cao, J.J., Tie, X.X., Shen, Z.X., Liu, S.X., Ding, H., Han, Y.M., Wang, G.H., Hoa, K.F., Qiangd, J., Lie, W.T., 2011. Water-soluble ions in atmospheric aerosols measured in Xi'an, China: seasonal variations and sources. Journal of Atmospheric Research. 102, 110–119.

Zou, J., Liu, Z., Hu, B., Huang, X., Wen, T., Ji., D., Liu, J., Yang, Y., Yao, Q. and Wan, Y., 2017. Characteristics of the chemical compositions of aerosols in the North China Plain and their impact on the visibility in Beijing and Tianjin. Journal of Atmospheric Research. 201, 235-246.