بررسی منشأ و عوامل مؤثر بر تغییرات غلظت سولفات و مقادیر ایزوتوپی 34S و 18O آن در منابع آب منطقه سرپل ذهاب

آب و خاک

مقاله 3، دوره 35، شماره 5 - شماره پیاپی 79، آذر و دی 1400، صفحه 645-658   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2021.70540.1056

نویسندگان

حسین محمدزاده^{* 1}؛ مهدی بنیابادی²؛ فائزه جنگ جو²

¹استاد دانشگاه فردوسی مشهد و مدیر گروه پژوهشی تحقیقات آب‌های زیرزمینی و ژئوترمال (متآب)، پژوهشکده آب و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

غلظت زیاد سولفات یکی از آلوده­کننده­های آب‌های زیرزمینی در بسیاری از مناطق جهان بشمار می­رود و از منابع مختلفی (لیتولوژی، اتمسفر، صنعتی و...) وارد آب‌های زیرزمینی می­گردد. با استفاده از تکنیک­های ایزوتوپی و هیدروژئوشیمی می­توان ضمن تشخیص منشأ، به فرآیندها و واکنش‌های مؤثر بر غلظت سولفات و تولید گاز سولفید هیدروژن پی برد. در این مقاله، برای اولین بار به مطالعه منشأ سولفات و عوامل مؤثر بر تغییرات غلظت آن و مقادیر ایزوتوپی‌  d³⁴Sو d¹⁸O در آّب­های­زیرزمینی منطقه سرپل ذهاب پرداخته شد. تعداد 13 نمونه آب از منابع آبی منطقه در دی 93 و مهر 94 برداشت گردید و در آزمایشگاه هیدروژئوشیمی و ایزوتوپی دانشگاه واترلوو آنالیز گردید. غلظت سولفات در منابع آبی منطقه بین 5 تا 950 میلی‌گرم بر لیتر (در فصل تر و خشک به‌ترتیب دارای میانگین 110/1 و 106/9 میلی‌گرم بر لیتر) متغیر بوده، اما در نمونه­های آب چشمه گنداب به دلیل ارتباط با مواد هیدروکربنی و تونل پاتاق به دلیل خروج آب از سازند گچساران زیاد بود (به‌ترتیب 339/6 و 950/1 میلی­گرم بر لیتر). مقادیر d³⁴S و d¹⁸O سولفات به‌ترتیب بین VSMOW 9/5 تا 31/8 ‰ و 5/8 تا 13/1‰ متغیر به دست آمد. در چشمه گنداب، به دلیل احیای سولفات توسط میکروارگانیسم­ها، علاوه بر استشمام بوی نامطبوع H₂S، مقادیر ایزوتوپ­های  ³⁴Sو ¹⁸O غنی­تر از سایر منابع آبی (به‌ترتیب حدود 31/8‰ و 10/3 ‰) بوده و نمونه آب چشمه گلودره تحت تاثیر فاضلاب حمام و مواد شوینده (1 ‰≈d³⁴S) بالادست چشمه سبب تهی­شدگی ایزوتوپی و آلودگی آن شده است. نتایج نشان می­دهد که عوامل زمین­شناسی، اتمسفری، انسانی و مواد هیدروکربنی بر غلظت و ایزوتوپ­های سولفات در منابع آبی منطقه موثر است به طوری‌که عوامل انسانی و هیدروکربنی به‌صورت محلی و لیتولوژی در تمامی منابع آبی منطقه در غلظت و ایزوتوپ­های سولفات تاثیرگذار بوده‌اند.

کلیدواژه‌ها

آب‌های زیرزمینی؛ تکنیک‌های ایزوتوپی؛ سولفات؛ سرپل ذهاب

مراجع

1. Aelion C.M., Höhener P., Hunkeler D., and Aravena R. 2010. Environmental Isotopes in Biodegradation and Bioremediation. CRC Press.
2. Appelo C.A.J., and Postma D. 2005. Geochemistry, groundwater and pollution, Leiden, The Netherlands: A A Balkema Publishers.
3. Arbabi M., Rafiei B., Bayati M., and Malekirad M. 2011. Determinateion of sulfuric acid (H₂SO₄) and dissolution wallrocks in Nosoud water supply tunnel (Ezgeleh, NW Kermanshah). 30^th Earth Science Conference. (In Persian)
4. Berner R.A. 1971. Bacterial processes affecting the precipitation of calcium carbonate in sediment, In: Carbonte Cements, O. P. Bricker. The Johns Hopkins Press, Baltimore.
5. Bottrell S.H., Tellam J., Barlett R., and Hughes A. 2008. Isotopic composition of sulfate as tracer of natural and anthropogenic influences on groundwater geochemistry in an urban sandstone aquifer, Birmingham, UK. Applied Geochemistry 23: 2381–2394.
6. Brunner B., Bernasconi S.M., Kleikemper J., and Schroth H. 2005. A model for oxygen and sulfur isotope fractionation in sulfate during bacterial sulfate reduction processes. Geochimica Cosmochimica Acta 69: 4773–85.
7. Canfield D.E., Olesen C.A., and Cox R.P. 2006. Temperature and its control of isotope fractionatio by a sulfate- reducing bacterium. Geochimica Cosmochimica Acta 70: 548–61.
8. Clark I.D. 2015. Groundwater Geochemistry and Isotopes. CRC Press.
9. Drever J.J. 1997. The Geochemistry of Natural Waters. 3^nd ed. Prentice-Hall.
10. Detmers J., Bruchert V., Habicht K.S., and Kuever J. 2001. Diversity of sulfur isotope fractionations by sulfate-reducing prokaryotes. Applied Environmental Microbiology 67: 888–94.
11. Fritz P., and Drimmie R.J. 1991. Ground water. In Stable isotope: Natural and anthropogenic sulphur in the environment, SCOPE 43 (eds.). H. R. Krouse and V. A. Grinenko 228–41. Chichester: Wiley.
12. Jakobczyk-Karpierz S., Sitek S., Jakobsen R., and Kowalczyk A. 2017. Geochemical and isotopic study to determine sources and processes affecting nitrate and sulphate in groundwater influenced by intensive human activity - carbonate aquifer Gliwice (southern Poland). Applied Geochemistry 6: 168-181.
13. Hitchon B., and Krouse H.R. 1972. Hydrogeochemistry of the surface waters of the Mackenzie River drainage basin, Canada - III. Stable isotopes of oxygen, carbon an sulphur. Geochimica Cosmochimica Acta 36: 1337–1357.
14. Saberi Nasr A., Dashti Barmaki M., and Mahmoudi N. 2014-1995. Water quality data analysis and interpretatio (Translated in Persian).
15. Knoeller K., Trettin R., and Strauch G. 2005. Sulphur cycling in the drinking water catchment area of Torgau-Mockritz (Germany): Insights from hydrochemical and stable isotope investigations. Hydrological Processes 19: 3445–65.
16. Krouse H.R., and Mayer B. 2000. Sulphur and oxygen isotopes in sulphate, in: P. G. Cook & A. L. Herczeg (ed.). tracers in subsurface In Environmental hydrology, p.195–231. Boston: Kluwer.
17. Man K., Zhenmin M., and Xiujin X. 2014. Research on the Mechanism of Sulfate Pollution of Groundwater in Jiaozuo Area. Applied Mechanics and Materials 665: 436-439.
18. Miao Z., Carroll K., and Brusseau M. 2013. Characterization and quantification of groundwater sulfate sources at a mining site in an arid climate: The Monument Valley site in Arizona, USA. Hydrology 504: 207–215.
19. Mizutani Y., and Rafter T.A. 1973. Isotopic behaviour of sulfate oxygen in the bacterial reduction of sulfate. Geochem 6: 183-191.
20. Mohammadzadeh H., and Aravena R. 2015. Investigating the Origin and Interaction between Karstic and Alluvial Aquifers in NW of Zagros Mountain Range, Iran, Using Isotopic and Geochemical Tools. Procedia Earth and Planetary Science 13: 256–260.
21. Mor F., Modaberi S., and Forghani Tehrani G. 2011. Principles of Environmental Geochemistry. (Translated in Persian)
22. Pearson F.J., and Rightmire C.T. 1980. Sulphur and oxygen isotopes in aqueous sulphur compounds, In: Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. Vol. I, eds. P. Fritz and J.-c. Fontes, Pp.227-258. Elsevier, Amsterdam.
23. Reuss J.O., and Johnson D.W. 1986. Acid deposition and the acidification of soils and water, Ecological Studies. Springer Verlag, New York.
24. Rightmire C.T., Pearson F.J., Back W., Rye R.O., and Hanshaw B.B. 1974. Distribution of sulfur isotopes of sulfates in ground waters from the principal artesian aquifer of Florida and the Edwards aquifer of Texas, United States of America. In Proceedings of an symposium on isotope techniques in ground water hydrology. ed. IAEA, 191–207 Vienna.
25. Schiff S.L., Spoelstra J., Semkin R.G., and Jeffries D.S. 2005. Drought induced pulses of SO₄^2– from a Canadian shield wetland: Use of δ³⁴S and δ¹⁸O in SO₄^2– to determine sources of sulfate. Applied Geochemistry 20: 691–700.
26. Torres-Martínez J.A., Mora A., Knappett P.S.K., Ornelas-Soto N., and Mahlknech J. 2020. Tracking nitrate and sulfate sources in groundwater of an urbanized valley using a multi-tracer approach combined with a Bayesian isotope mixing model. Water Research.
27. Wang H., and Zhang Q. 2019. Research Advances in Identifying Sulfate Contamination Sources of Water Environment by Using Stable Isotopes. Internationa Journal of Environmental Research and Public Health.