زمینشیمی آرسنیک در محیطهای آب، خاک و رسوب و ارتباط آن با تجمع زیستی در منطقه بردسیر، کمربند ارومیه–دختر
محورهای موضوعی : پترولوژيراحله هاتفی 1 , فرهاد اسدیان 2 , زهرا بوسلیک 3 , بتول جان جانه 4
1 - پژوهشکده علوم ¬پایه کاربردی، جهاد دانشگاهی
2 - پژوهشکده علوم ¬پایه کاربردی، جهاد دانشگاهی
3 - گروه زمينشناسی محيطی، پژوهشکده علوم پايه کاربردي، جهاد دانشگاهی، تهران، ايران
4 - گروه زمينشناسی محيطی، پژوهشکده علوم پايه کاربردي، جهاد دانشگاهی، تهران، ايران
کلید واژه: آرسنیک, بردسیر, زمینشیمی محیطی, مو بهعنوان شاخص زیستی,
چکیده مقاله :
چکیده
پژوهش حاضر با هدف بررسی زمینشیمی آرسنیک در اجزای محیطی (آب، خاک و رسوب) و ارتباط آن با تجمع زیستی در موی انسان در منطقه بردسیر، واقع در کمربند آتشفشانی–پلوتونیکی ارومیه–دختر انجام شد. برای این منظور، در مجموع ۲۴۰ نمونه شامل ۱۰۰ نمونه آب، ۶۸ نمونه خاک، ۲۱ نمونه رسوب و ۱۰۲ نمونه مو برداشت و به روش ICP–MS آنالیز شد. نتایج نشان داد که میانگین غلظت آرسنیک در آب، خاک و رسوب بهترتیب ۶۶ میکروگرم در لیتر، هفت و پنج میلیگرم در کیلوگرم است. در بخشی از آبهای زیرزمینی، غلظت آرسنیک از حد مجاز جهانی (۱۰ میکروگرم در لیتر، WHO) بیشتر شده و بیانگر آلودگی زمینزاد ناشی از حضور سنگهای دگرسانشده و سولفیددار است. بررسیها نشان داد که در ۶۱ درصد از نمونههای موی انسان، غلظت آرسنیک بالاتر از حد طبیعی (mg/kg ۱) است که گویای رویارویی مزمن جمعیت محلی با آرسنیک میباشد. تحلیل همبستگی و رگرسیون نشان داد که رابطه بین آرسنیک مو و آب (r = 0.48, R² = 0.23) قویتر از خاک (r = 0.25, R² = 0.06) و رسوب (r = 0.14, R² = 0.02) است. این موضوع نقش غالب آب زیرزمینی در انتقال آرسنیک به بدن را نشان میدهد. از نظر زمینشیمیایی، شرایط احیایی آبخوان (اغلب بین 100- تا 200-mV)، pH قلیایی (۹–۱۰)، و وجود گسلهای نفوذپذیر در امتداد شمالغرب–جنوبشرق موجب افزایش تحرک آرسنیک بهصورت (III)As شده است. نتایج این پژوهش تأیید میکند منشأ اصلی آلودگی آرسنیک در منطقه بردسیر زمینزاد است و ارتباط تنگاتنگی میان ویژگیهای زمینشناسی، هیدروژئوشیمیایی و تجمع زیستی این عنصر وجود دارد. این نتایج اهمیت پایش مداوم منابع آب زیرزمینی در نواحی دگرسانشده و آتشفشانی کشور را برجسته میسازد.
Abstract
This study investigates the geochemical behavior of arsenic in environmental media (water, soil, and sediment) and its bioaccumulation in human hair in the Bardsir region, located within the Urumieh–Dokhtar volcanic–plutonic belt of southeastern Iran. A total of 240 samples—including 100 water, 68 soil, 21 sediment, and 102 human hair samples—were collected and analyzed using ICP–MS. The average arsenic concentrations in water, soil, and sediment were 66 µg/L, 7 mg/kg, and 5 mg/kg, respectively. In parts of the groundwater, arsenic exceeded the WHO guideline value (10 µg/L), indicating geogenic contamination derived from altered and sulfide-bearing volcanic rocks. Approximately 61% of the hair samples contained arsenic at levels above the natural background (1 mg/kg), suggesting chronic exposure of the local population. Correlation and regression analyses revealed a stronger association between arsenic in hair and water (r = 0.48, R² = 0.23) than with soil (r = 0.25, R² = 0.06) or sediment (r = 0.14, R² = 0.02), indicating that groundwater is the primary pathway of arsenic transfer to humans. Geochemically, reducing aquifer conditions (Eh −100 to −200 mV), alkaline pH (9–10), and the presence of permeable NW–SE faults enhance arsenic mobility as As (III). The results indicate that arsenic contamination in the Bardsir area is mainly geogenic, controlled by geological and hydrogeochemical factors, with a clear link to bioaccumulation in humans. This study demonstrates the necessity of continuous groundwater monitoring in altered and volcanic terrains of Iran to mitigate geochemical and public health risks.
احمدیمقدم، پ. و احمدیپور، ح.، 1393. بررسی رخسارهشناسی و محیط تشکیل توالیهای آتشفشانی کوه چهلتن، واقع در جنوب باختر بردسیر (استان کرمان). فصلنامه علوم زمین، 94: 103-112.
افتخارنژاد، ج.، 1352. مطلبی چند درباره تشکیل حوضه فلیش در شرق ایران و توجیه آن با تئوری تکتونیک صفحهای. ضمیمه گزارش شماره 22ف، سازمان زمینشناسی کشور.
بیات، ا.، فرپور، م.ه. و جعفری، ا.، 1395. خصوصیات فیزیکوشیمیایی، میکرومورفولوژیکی و کانیشناسی رسی خاکهای منطقه بردسیر متأثر از سازندهای زمینشناسی، ژئومورفولوژی و اقلیم. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 30: 1515-1530.
پورخسروانی، م.، جمشیدی گوهری، ف. و سیاری، ن.، 1402. ارزیابی تغییرات مکانی عنصر آرسنیک در منابع آب زیرزمینی حوضه سیرجان. مجله سلامت و محیط زیست، 16(2): 287-302.
نظری، ا. و رزمآرا، م.، 1393. ارزیابی غلظت فلزات سنگین در آبهای آلوده به آرسنیک منطقه کتهتلخ (شمالغرب تربتحیدریه) و امکانسنجی جذب و حذف آرسنیک از منابع آبی توسط سازندهای زمینشناسی منطقه مورد مطالعه. پایاننامه کارشناسی ارشد.
زمزم، ع.، رهنما، م.ب. و کوچکعلیزاده، س.، 1390. مدلسازی جریان آب زیرزمینی و بررسی ارتباط بین کاهش سطح آب زیرزمینی و خشکسالیها در دشت بردسیر-کرمان. یازدهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر.
سیاره، ع.ر.، فنودی، م. و دادستان، ا.، 1386. بررسیهای زمینشناسی زیستمحیطی در منطقه قروه-بیجار. گزارش سازمان زمینشناسی کشور، 23.
شاکری، ع.، شریفی، م. و مهرابی، ب.، 1396. ارزیابی ریسک اکولوژیکی و منشأ فلزات سنگین و آرسنیک در رسوبات سطحی رودخانه خیاو در منطقه زمینگرمایی سبلان، شمالغرب ایران. نشریه زمینشناسی کاربردی پیشرفته، 26.
شفیعی، ب.، 1387. الگوی فلززایی کمربند مس پورفیری کرمان و رهیافتهای اکتشافی آن. رساله دکتری، دانشگاه شهید باهنر کرمان، 257 ص.
هاتفی، ر.، اسدیان، ف.، خدایی، ک. و شهسواری، ع.ا.، 1395. پهنهبندی اثرات زیستمحیطی آلودگیهای زمینزاد در گستره شهرستان تکاب. طرح پژوهشی جهاد دانشگاهی، 157 ص.
Abbasnejad, A., Mirzaie, A., Derakhshani, R. and Esmaeilzadeh, E., 2013. Arsenic in Groundwaters of the Alluvial Aquifer of Bardsir Plain, SE Iran. Environmental Earth Science, 69: 2549-2557.
Berberian, M. and King, G.C.P., 1981. Towards a Paleogeography and Tectonic Evolution of Iran. Canadian Journal of Earth Sciences, 18: 210-265.
Bundschuh, J., Armienta, M.A., Morales-Simfors, N., Alam, M.R., López, D.L. and Quezada, V.D., 2021. Arsenic in Latin America: New Findings on Source, Mobilization and Mobility in Human Environments in 20 Countries Based on Decadal Research 2010-2020. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 51(16): 1727-1865.
Chaudhary, M.M., Hussain, S., Du, C., Conway, B.R. and Ghori, M.U., 2024. Arsenic in Water: Understanding the Chemistry, Health Implications, Quantification and Removal Strategies. Chemical Engineering, 8(4): 78.
Chen, X., Liu, S., Shi, M. and Luo, T., 2025. Arsenic Levels in the Hair of People Exposed to Arsenic and Awareness of Its Risk Factors. Environmental Geochemistry and Health, 47: 1-19.
Cubadda, F., Jackson, B.P., Cottingham, K.L., Horne, Y.O.V. and Kurzius-Spencer, M., 2017. Human Exposure to Dietary Inorganic Arsenic and Other Arsenic Species: State of Knowledge, Gaps and Uncertainties. Science of the Total Environment, 579: 1228-1239.
Demissie, S., Mekonen, S., Awoke, T., Teshome, B. and Mengistie, B., 2024. Examining Carcinogenic and Noncarcinogenic Health Risks Related to Arsenic Exposure in Ethiopia: A Longitudinal Study. Toxicology Reports, 12: 100-110.
Ganie, S.Y., Javaid, D., Hajam, Y.A. and Reshi, M.S., 2023. Arsenic Toxicity: Sources, Pathophysiology and Mechanism. Toxicological Research, 13(1).
Gundert-Remy, U., Damm, G., Foth, H., Freyberger, A., Gebel, T., Golka, K., Röhl, C., Schupp, T., Wollin, K.M. and Hengstler, J.G., 2015. High Exposure to Inorganic Arsenic by Food: The Need for Risk Reduction. Archives of Toxicology, 89(12): 2219-2227.
Katz, S.A., 2019. On the Use of Hair Analysis for Assessing Arsenic Intoxication. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(6): 977.
Li, B., Xu, W., Luo, R., Zhuo, S., Guo, X., Cheng, K., Yun, K. and Ma, D., 2022. Estimation of the Frequency and Time of Human Exposure to Arsenic by Single Hair Analysis. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(18): 11429.
Marghade, D., Mehta, G., Shelare, S., Jadhav, G. and Nikam, C.K., 2023. Arsenic Contamination in Indian Groundwater: From Origin to Mitigation Approaches for a Sustainable Future. Water, 15(23): 4125.
Modabberi, S., 2004. Environmental Geochemistry and Trace Element Anomaly in the Takab Area, and Their Impact on the Zarrineh Roud Reservoir Dam, with Special Reference to Zarshuran Deposit. Ph.D. Thesis, Shiraz University-Iran, 200 p.
Naujokas, M., Anderson, B., Ahsan, H., Vasken, A., Graziano, J. and Wa, S., 2013. The Broad Scope of Health Effects from Chronic Arsenic Exposure: Update on a Worldwide Public Health Problem. Environmental Health Perspectives, 121: 295-302.
Nguyen, T.P.M., Nguyen, T.P.T., Bui, T.H. and Nguyen, T.H., 2018. Concentration of Arsenic in Groundwater, Vegetables, Human Hair and Nails in Mining Site in the Northern Thai Nguyen Province, Vietnam: Human Exposure and Risk Assessment. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 25(3): 602-613.
Pekey, H., 2006. Heavy Metal Pollution Assessment in Sediments of the Izmit Bay, Turkey. Environmental Monitoring and Assessment, 123: 219-231.
Ratnaike, R.N., 2003. Acute and Chronic Arsenic Toxicity. Postgraduate Medical Journal, 79: 391-396.
Rezaei, L., Alipour, V., Sharafi, P., Ghaffari, H., Nematollahi, A., Pesarakloo, V. and Falhri, Y., 2021. Concentration of Cadmium, Arsenic, and Lead in Rice (Oryza sativa) and Probabilistic Health Risk Assessment: A Case Study in Hormozgan Province, Iran. Environmental Health Engineering and Management, 8(2): 67-75.
Rezazadeh, F., Jafari, R., Sheikhzadeh, F. and Paktinat, S., 2014. A Study on Wool Arsenic Concentration and Some Blood Parameters in Sheep Flocks Grazing Around Tailing Dams of Gold Mines in Takab, Iran. Research Opinions in Animal and Veterinary Sciences, 4(5): 233-236.
Samanta, G., Sharma, R., Roychowdhury, T. and Chakraborti, D., 2004. Arsenic and Other Elements in Hair, Nails, and Skin-Scales of Arsenic Victims in West Bengal, India. Science of the Total Environment, 326(1-3): 33-47.
Samanta, G. and Clifford, D.A., 2006. Influence of Sulfide (S2-) on Preservation and Speciation of Inorganic Arsenic in Drinking Water. Chemosphere, 65(5): 847-853.
Schoolmeester, W.L. and White, D.R., 1980. Arsenic Poisoning. Southern Medical Journal, 73(2): 198-208.
Sharifi, R., Moore, F. and Keshavarzi, B., 2016. Mobility and Chemical Fate of Arsenic and Antimony in Water and Sediments of Sarouq River Catchment, Takab Geothermal Field, Northwest Iran. Journal of Environmental Management, 170: 136-144.
Shazzadur Rahman, Md., Selim Reza, A.H.M., Aminul Ahsan, Md. and Abu Bakar Siddique, Md., 2023. Arsenic in Groundwater from Southwest Bangladesh: Sources, Water Quality, and Potential Health Concern. HydroResearch, 6: 1-15.
Shih, M.C., 2005. An Overview of Arsenic Removal by Pressure-Driven Membrane Processes. Desalination, 172(1): 85-97.
Siegel, F.R., 2002. Environmental Geochemistry of Potentially Toxic Metals. Springer, Berlin, 218 p.
Singh, R., Singh, S., Parihar, P., Singh, V.P. and Prasad, S.M., 2015. Arsenic Contamination, Consequences and Remediation Techniques: A Review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 112: 247-270.
Smedley, P.L. and Kinniburgh, D.G., 2002. A Review of the Source, Behavior and Distribution of Arsenic in Natural Waters. Applied Geochemistry, 17: 517-568.
Solgi, E. and Mahmoudi, S., 2022. Arsenic and Heavy Metal Concentrations in Human Hair from Urban Areas. Environmental Health Engineering and Management Journal, 9(3): 247-253.
Speer, R.M., Zhou, X., Volk, L.B., Liu, K.J. and Hudson, L.G., 2023. Arsenic and Cancer: Evidence and Mechanisms. Advances in Pharmacology, 96: 151-202.
Uddin, M.M., Harun-Ar-Rashid, A.K.M., Hossain, S.M., Hafiz, M.A., Nahar, K. and Mubin, S.H., 2006. Slow Arsenic Poisoning of the Contaminated Groundwater Users. International Journal of Environmental Science and Technology, 3(4): 447-453.
WHO, 2013. Progress on Sanitation and Drinking-Water: Fast Facts. http://www.who.int/water_sanitation_health/en/index.html.
Wu, F., van Geen, A., Graziano, J., Ahmed, K.M., Liu, M., Argos, M., Parvez, F., Choudhury, I., Slavkovich, V.N., Ellis, T., Islam, T., Ahmed, A., Kibriya, M.G., Jasmine, F., Shahriar, M.H., Hasan, R., Shima, S.A., Sarwar, G., Navas-Acien, A., Ahsan, H. and Chen, Y., 2025. Arsenic Exposure Reduction and Chronic Disease Mortality. JAMA. https://doi.org/10.1001/jama.2025.19161.
Yamauchi, H. and Fowler, B.A., 1994. Toxicity and Metabolism of Inorganic and Methylated Arsenicals. In: Nriagu, J.O. (Ed.), Arsenic in the Environment, Part II: Human Health and Ecosystem Effects. John Wiley & Sons, New York, pp. 35-53.