شکل ۴-۱۹- غلظت بنزو(a) آنتراسن در ایستگاه­های مختلف. ۱۵۰
شکل ۴-۲۰- غلظت کرایزن در ایستگاه­های مختلف. ۱۵۱
شکل ۴-۲۱- غلظت بنزو(b+k)فلورانتن در ایستگاه­های مختلف. ۱۵۲
شکل ۴-۲۲- غلظت بنزو(a) پایرن در ایستگاه­های مختلف. ۱۵۵
شکل۴-۲۳- غلظت کل ترکیبات PAH در تمام ایستگاه­ها. ۱۵۹
فصل اول
مقدمه
در چند دهه اخیر با پیشرفت­های صنعتی، افزایش وسایل نقلیه، افزایش شهرنشینی و بهبود کیفیت زندگی مردم در تمام کشورها به­­ویژه کشورهای درحال­توسعه، مواد آلاینده­ محیط زیست، افزایش چشمگیری یافته ­است. تراکم بالای جمعیت نیز باعث افزایش آلودگی محیط­های شهری شده ­است، به طوری که طبیعت به تنهایی قادر به از بین بردن این آلاینده­ها نیست. آلودگی هوا از جمله نگرانی­هایی است که جامعه امروزی بشر با آن دست به گریبان است و توجه به آن موضوعی بسیار مهم می­باشد. آلودگی هوا آمیخته­ای از مخلوط ذرات جامد و گازهای موجود در هواست، که برای سلامت انسان، حیوان و سایر جانوران موجود در یک بوم­سامانه مضر می­باشد. گسیل­های خارج شده از اگزوز اتومبیل­ها، فلزات سنگین ناشی از فرسایش قطعات ماشین­آلات، مواد شیمیایی ناشی از کارخانه­ها، گرد و غبار، و حتی گرده گیاهان، می ­تواند موجب آلودگی محیط جو گردد. باید توجه داشت برخی از این آلاینده­ها دلیل بروز برخی مشکلات در مقیاس جهانی همچون نازک شدن لایه اوزون در جو زمین، و گرم شدن جهان هستند. در این پژوهش از میان خیل عظیم آلاینده­های جو، تمرکز بر روی پدیده غبار، به­ ویژه غبار نهشته شده بر سطح خیابان­هاست، که از آن­ به­عنوان “غبار خیابان” یاد می­ شود. این ذرات اختلالاتی همچون سوزش چشم، آسم، برونشیت، آسیب به ریه، سرطان، مسمومیت ناشی از فلزات سنگین، اثر بر روی دستگاه قلبی-عروقی، و اختلالات بینایی را به همراه دارد. از بین آلاینده­های موجود در غبار خیابان، فلزات سنگین و نیز هیدروکربن­های آروماتیک چندحلقه­ای نگرانی­ زیادی را برای پژوهشگران و دولت­ها ایجاد کرده ­اند­، که دلیل این نگرانی­ها قابلیت انباشت و پایستاری زیست­محیطی آنها می­باشد. انباشت فلزات سنگین در محیط­های مختلف می ­تواند باعث کاهش کیفیت محیط­زیست و اثر بر روی تندرستی انسانها به­ ویژه کودکان به علت تحمل کم آنها در برابر تأثیرات فلزات سنگین و نیز بلع نا­خواسته و غیرعمدی غبار یا خاک از مسیر دست به دهان، شود. مهم­ترین اثرات تندرستی فلزات سنگین شامل صدمه به DNA، جهش­زایی، سرطان­زایی و آسیب جنینی است. از سوی دیگر، هیدروکربن­های آروماتیک چندحلقه­ای که از منابع مختلف طبیعی و انسان­زاد تولید می­شوند، می­توانند بر کیفیت هوا، آب و خاک تاثیرگذار باشند، و به طور مستقیم و یا غیرمستقیم سلامت ساکنان بوم سامانه را با خطرات جدی مواجه سازند.

زمین­شیمی زیست­محیطی
بسیاری از مباحث زیست­محیطی نیازمند آشنا بودن با اصول زمین­شیمی، و حرکت آلاینده­هاست. زمین­شیمی زیست­محیطی، نظامی است که از شیمی اجزاء سازنده گازی، مایع و جامد زمین، و نیز گونه­ های زنده برای پی بردن به اثرات آلودگی فلزات سنگین بر بوم­سامانه­ها استفاده می­ کند. زمین­شیمی در ارتباط با شرایط زیست­شناختی، شیمیایی و فیزیکی محیط مانند گرما، حالت ماده، اسیدینگی، پتانسیل اکسایش – کاهش، هدایت الکتریکی، فعالیت باکتریایی است. تمام این عوامل بر تحرک، گسترش، توزیع، ته­نشینی و غلظت فلزات و شبه فلزات بالقوه سمناک که به تندرستی اندامگان­ها در یک بوم­سامانه آسیب می­رساند، اثر دارند. داده ­های زمین­شیمیایی زیست­محیطی، شرایط شیمیایی نابی را تعیین می­ کند که در آن تهدیدی برای ساکنین یک بوم­سامانه وجود نداشته باشد، خواه این خطرات ناشی از نفوذ شیمیایی حاصل از هوازدگی سنگ­ها و تخریب آنها باشد و خواه از محیط زیستی باشد که در خطر آلودگی عناصر شیمیایی ناشی از فعالیت­های انسانی است. زمین­شیمی زیست­محیطی مناطقی را که در خطر دخالت­های شیمیایی انسانزاد و طبیعی است مشخص کرده، و ورود فلزات در غلظتی که برای محیط­زیست و ساکنین آن خطرناک است را مشخص کرده، و در نهایت سعی بر کاهش آنها در منبع انجام می­گیرد. شیمی هر سامانه زمین­شناختی طبیعی، می ­تواند به صورت بالقوه تحت تاًثیر فلزات سنگینی قرار گیرد که در محیط­زیست در اثر فعالیت­های انسان وارد می­شوند. البته کمبود عناصر سنگین ضروری مانند مس، روی، سلنیم در ذخیره غذایی سبب بیماری و درنهایت مرگ می­ شود. بنابراین، کنترل فلزات سنگین و حفظ تعادل بین ورود و خروج این عناصر در یک بوم­سامانه، لازم و ضروری است. عوامل مختلفی بر حرکت، گسترش، توزیع، و ته­نشینی و غلظت فلزات سنگین تأثیر می گذارند. در شرایط به شدت اسیدی، فلزات سنگین می­توانند متحرک شوند، درحالی­که برخی دیگر از فلزات غیرمتحرک شده و جذب اکسی – هیدروکسیدهای آهن و منگنز، یا جلبک­ها و سایر ذرات می­شوند و در پاره­ای موارد، فلزات بالقوه سمی همراه فلزات وارد رودخانه­ها و نهرها شده، و یک بوم­سامانه را برای دوره زمانی طولانی­ای غیرقابل زیستن می­ کنند. نقش زمین­شیمیدان­ها، بررسی غلظت بالای فلزات بالقوه سمناک در یک بوم­سامانه، و با پی بردن به منابع احتمالی فلزات است. زمین­شیمیدان­ها اصول تحرک­پذیری شیمیایی در فازهای گازی، جامد و مایع را برای آشکارسازی سرنوشت و راههایی که فلزات از طریق آن وارد بوم­سامانه­ها می­شوند به کار می­برند، و غلظت طبیعی را برای هر نوع نمونه ­ای که تجزیه می­ شود تعیین می­ کنند تا سلامت اندامگانها، و محیط­هایی که در ارتباط با آنها هستند را کنترل کنند. زمین­شیمیدان­ها به پاسخ فلزات آلاینده به شرایط فیزیکی، شیمیایی و زیست­شناختی پی می­برند و موثرترین، اقتصادی­ترین، و اجتماعی­ترین روش­ها را برای حل مشکل آلایندگی فلزات سمی موجود به کار می­برند. از این دانش برای برنامه­ ریزی پروژه­ های توسعه، همراه با جلوگیری از تخریب­های آتی ناشی از ورود آلاینده­های فلزی بالقوه سمی به محیط­زیست استفاده می­ شود (Siegel, 2002).

زمین شیمی شهری
بر مبنای بررسی‌های سازمان ملل در سال ۲۰۰۱ ، پیش ­بینی گردید که جمعیت جهان از ۱/۶ میلیارد نفر در سال ۲۰۰۰ به ۳/۸ میلیارد نفر در سال ۲۰۳۰ افزایش می­یابد. در این بررسی همچنین مشخص شد که ۴۷% جمعیت جهان در نواحی شهری زندگی می‌کنند، و این میزان درسال ۲۰۳۰ به ۵۰% می‌رسد(United Nation, 2001). از دیدگاه محیط­زیست و بهداشت، توسعه شهری می ­تواند اثری فوری بر محیط­زیست و کیفیت بهداشت داشته باشد، چرا­که فعالیتهای مختلف انسانی مانند فعالیتهای شهری، خانگی، صنعتی، تجاری و کشاورزی، روزانه انواع آلاینده‌های سمی و بالقوه سمی را وارد محیط­زیست می‌کند(Nriagu, 1979, 1996; Nriagu and Pacyna, 1988). در محیط شهر که این فعالیتها شدیدتر است، گسیل آلاینده‌های آلی و فلزی با شتاب بیشتری انجام می­گیرد، و محیطهای شهری ناگزیر بیشتر در معرض آلودگی و تخریب محیط­زیست هستند(Nriagu, 1988; Kreimer, 1992; Thornton, 1993). فلزات در محیط­زیست تجزیه­ناپذیر و انباشت­پذیرند. بنابراین، افزایش گسیل آنها در محیط، به بروز نابهنجاری غلظت فلزی(افزایش غلظت) در بیشتر محیط­های شهری منجر می‌شود. حضور بلند مدت آلاینده‌های شهری به ویژه در خاک، غبار و در مجاورت محیط­زیست انسان، تأثیر مهمی بر در معرض قرارگیری انسان به این آلاینده‌ها از راه استنشاق، بلع و تماس پوستی دارد(Mielke and Reagan, 1998; Boyd et al., 1999; Mielke et al., 1999). توجه به این موضوع در سالهای اخیر به ایجاد رشته‌ای جدید در زمین شناسی به نام زمین‌شیمی زیست محیطی شهری(Urban environmental geochemistry) منجر شده ­است. زمین‌شیمی زیست­محیطی شهری، مطالعه برهمکنش پیچیده و روابط درونی بین عناصر شیمیایی و ترکیبات آنها، در محیط­زیست شهری است. این رشته اثرهای گذشته و جدید فعالیتهای صنعتی انسان بر شهرها و اثر عوامل زمین­شیمیایی بر گیاه، سلامت انسان و جانوران را بررسی می‌کند(شکل۱-۱).
شکل ۱-۱- اجزای اصلی یک محیط شهری.
بنابراین با توجه به تعریف زمین‌شیمی زیست­محیطی شهری، به منظور درک صحیح اثر عناصر جزئی بر محیط زیست(طبیعی و شهری) و سلامت موجودات زنده، پژوهشگر ‌باید شناخت نسبی در زمینه زیست­شناسی زیست­محیطی، سم‌شناسی زیست­محیطی، آسیب­شناسی زیست محیطی، زمین­شیمی زیست­محیطی، و همه‌گیر­شناسی زیست­محیطی داشته باشد.

منابع طبیعی ورود عناصر به محیط
در سامانه‌های طبیعی، عناصر از سنگها، کانیها، کانسنگ‌ها، مواد، گازها و بخارات همراه با فعالیتهای آتشفشانی و چشمه‌های آبگرم وارد محیط می‌شوند. عناصری که در حین فرایند هوازدگی و تشکیل خاک از سنگهای اولیه جدا می‌شوند، یا در خاک باقی می‌مانند و یا به آبهای سطحی و سفره‌های آب زیرزمینی وارد می‌شوند. با توجه به شرایط فیزیکی، شیمیایی و زیست­شناختی محیط، و پتانسیل زیست­دسترس­پذیری، عناصر از طریق آب یا خاک به شبکه غذایی راه می‌یابند.

منابع انسانزاد آلودگی
با توسعه و پیشرفت جوامع بشری، اثرات انسان­زاد بر محیط­زیستبه صورت پدیده­ای نوظهور پا به عرصه گذاشت. با گذشت زمان این اثرات به طور شگفت‌آوری با افزایش جمعیت، شهر نشینی و صنعتی شدن شدت گرفت(Fyfe, 1998). بنابراین بشر،محیط­زیست دست­نخورده اولیه را تحت تأثیر قرار داد. بسیاری از فعالیت‌های انسان که به آلودگی محیط­زیست و به­ ویژه محیط جو منجر می‌شود، عبارت‌اند از:
استخراج منابع معدنی و فرآوری آنها
ذوب و خالص سازی کانسنگ­های معدنی و تولید کنستانتره
تولید انرژی از سوخت‌های فسیلی، هسته­ای، زمین­گرمایی و برقابی
سایر فعالیت‌های تولیدی و صنعتی مانند صنایع متالورژی و شیمیایی، تولید آجر و لوله، کارخانه­های سیمان، صنایع شیشه و سرامیک، رنگ و پلاستیک و تولید کود شیمیایی.
دفع پسماندها به ویژه زباله­های خانگی، خاکستر، فاضلاب، پسماندهای هسته­ای و سوزاندن انواع پسماندها.
فعالیت‌های کشاورزی مانند استفاده همزمان از کودهای شیمیایی و حیوانی با لجن فاضلاب، استفاده از آفت­کش‌ها و غیره
حمل و نقل شهری و جاده­ای
تصفیه و انتقال آب آشامیدنی(با لوله و اتصالات فلزی)
۱-۵-۱- سوخت فسیلی
سوزاندن سوخت­های فسیلی(نفت، زغال­سنگ، گاز)، بخش اعظم نیروی تولیدی را برای مصارف خانگی و صنعتی در جهان تأمین می‌کند. در سال‌های اخیر به دلیل تولید حجم زیادیCO₂،و ارتباط این گاز با اثر گلخانه‌ای، سوزاندن سوخت‌های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر این، سوزاندن سوخت‌های دارای غلظت بالای گوگرد در برخی مناطق منجر به تولید SO₂ و SO₃ شده­است که مانند گسیل کارخانه­های ذوب، منجر به ایجاد باران اسیدی می‌شود.
پیامد دیگر زیست­محیطی استفاده از سوخت‌های فسیلی برای تولید نیرو، به غلظت بسیار بالای عناصر جزئیموجود در این سوخت‌ها باز می­گردد. اگرچه سوخت‌های فسیلی عمدتاً از مواد آلی تشکیل شده‌اند، اما حاوی مقادیر متغیری از اجزای سازنده غیر­آلی نیز می‌باشند که پس از سوختن، در خاکستر تولید شده بر جای می‌ماند، و مقداری نیز بهجو گسیل می‌شود. خاکستر باقی مانده می‌تواند حاوی عناصر بالقوه خطرناک زیادی باشد، بنابراین در دفع این خاکستر‌ها باید دقت شود. به هر حال مقداری از ترکیبات غیر­آلی طی سوختن، گسیل می‌شوند و می‌توانند خاک، آب و زیست­کره را در نزدیکی نیروگاه تحت تأثیر قرار دهد.
عناصر جزئی زیادی در سوخت‌های فسیلی یافت شده­است. غلظت‌های واقعی عناصر مجزا متغیر بوده، و به منشأ سوخت بستگی دارد. به هر حال، گفته می‌شود که در اروپا، سوزاندن نفت و زغال­سنگ، به شدت در نهشت جوی آرسنیک، کادمیم، کروم، مس، نیکل و وانادیم نقش دارد (Ruhling, 1994). همچنین گفته می‌شود که سوزاندن زغال­سنگ، منبع اصلی انسانزاد سلنیم در محیط­زیست است. عناصری مانند وانادیم که در نفت غلظت زیادی دارند، در محیط‌های نزدیک به پالایشگاه‌های نفت نیز غلظت‌ بالایی دارند (Ruhling, 1994).
۱-۵-۲- سایر فعالیت‌های صنعتی
تعداد زیادی از فعالیت‌های صنعتی دیگر نیزاز پتانسیل ایجاد آلودگی برخوردار هستند، که در زیر به برخی از موارد مهم­تر اشاره می­ شود.
۱-۵-۲-۱- متالورژی
فلزات و شبه­فلزات زیادی در آلیاژسازیبه­کار برده می‌شوند که فولاد، مثالی بارز از آنهاست. ساخت و بازیافت فولاد، موجب آزاد شدن بسیاری از عناصر درجو می‌شود که این امر، انباشت و آلودگی محیط­زیست محلی را درپی دارد(Pacyna, 1995).
۱-۵-۲-۲- تولید لوله­های سفالی و آجر
آجر و لوله به عنوان مصالح ساختمانی، اهمیت زیادی دارند. این دو فرآورده از رس و سنگ‌های طبیعی رس­دار ساخته می‌شوند. ساخت این مواد مستلزم شکل­دهی رس و سپس تا دمای بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد گرما داده می­ شود. در نتیجه، پخت انواع رس باعث آزاد شدن عناصری مانند سرب و رویکهجذب سطحی کانی‌های رسی شده ­اند، در محیط زیست می­ شود(Fuge & Hennah, 1989). مشکل مهم دیگر، آزاد شدن فلوئور است که در کانی‌های رسی و سنگ‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، غلظت بالایی دارد. فلوئوروسیس به طور وسیعی در حیوانات اهلی شرق بریتانیا در سال ۱۹۵۰ رخ داد که دلیل آن وجود کارخانه‌های آجرسازی در این منطقه بود (Burns and Allcroft, 1964).
۱-۵-۲-۳- تولید سیمان
سیمان نیز محصول پخت سنگ‌های غنی از رس است. بدین ترتیب که مخلوط آهک و شیل در کوره­ای با دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد گرما داده می‌شود. شیل یک سنگ غنی از ذرات رس­اندازه است، و می‌تواند دارای غلظت بالایی از عناصر بالقوه سمناکی باشد که در دماهای بالا در جورها می‌شوند.
۱-۵-۲-۴- آلودگی ناشی از حمل و نقل
وسایل نقلیه موتوری بزرگترین منبع آلودگی جو را تشکیل می‌دهند. وسایل نقلیه موتوری با بنزین یا گازوئیل کار می‌کنند و سوختن این مواد در موتور خودرو، موجب تولید گازهای خروجیغنی در کربن دیوکسید(CO₂) می‌شود. به دلیل احتراق ناقص، کربن­مونوکسید، هیدروکربن‌ها و اکسیدهای نیتروژن نیز تولید می‌شوند. این گازها جومحیط شهر را آلوده کرده، و به نظر می‌رسد که ارتباط نزدیکی با بروز بیماری‌های تنفسی دارند. به­علاوه، گاز نیتروژن اکسید، منجر به نازک شدن لایه اوزون در استراتوسفر(پوش سپهر) جو می‌شود.
گازهای خروجی خودروها می‌تواند حاوی عناصر فلزی مانند Pb، Ni، Mnو V باشد. نیکل و وانادیم از سوخت دیزل حاصل می‌شوند و می‌توانند در گاز خروجی وسایل نقلیه دیزلی، غلظت بالایی داشته باشند،و درحال حاضر بیشتر نیکل و وانادیم جو را تشکیل می‌دهند. همچنین خاک حاشیه جاده‌ها نیز دارای غلظت‌ بالایی از این عناصر است.
از دهه ۱۹۲۰، سرب به صورت تترا اتیل، و تترامتیل سرب به بنزین اضافه ‌شد، تا احتراق آن رابهتر کند. تحقیقات نشان داد که سرب گسیل شده از سامانه اگزوز خودروها، اثر منفی بر محیط­زیست داشته و تخمین زده شده است که بیش از ۷۵ درصد سرب محیط، از این منبع حاصل شده است. در نتیجه استفاده از سرب در بنزین، در بسیاری از کشورها ممنوع شد. البته هنوز هم در کشورهای زیادی از بنزین سرب­دار استفاده می‌شود. کشورهایی که افزودن سرب به بنزین متوقف شده است، ازMMT(Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl)به عنوان جایگزین سرب استفاده می‌شود، که موجب گسیل منگنز از اگزوز خودروها می‌شود.
منشا بسیاری دیگر از فلزات آلاینده خاک حاشیه جاده­ها، وسایل نقلیه موتوری است. فلز روی در لاستیک خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از اجزاء فولادی خودروها نیز برای کاهش خوردگی، روی­اندود(گالوانیزه) می‌شوند. کادمیم به عنوان یک عامل آنتی­اکسیدان در روغن‌ها استفاده می‌شود. کروم در آلیاژهای فولادی و پوشش کرومی فلزات استفاده می‌شود، و نیکل نیز در برخی آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرد.این آلیاژها دومین منبع بالقوه آلودگی نیکل در محیط­زیست محسوب می‌شود.

نهشت جوی آلاینده­ها
بسیاری از آلاینده­های گسیل شده به جودر نهایتدر سطح زمین نهشته می‌شوند.این نهشته‌ها یا وارد محیط خاک و آب شده و توسط گیاهان جذب می‌شوند، و یا توسط انسان و حیوان استنشاق می‌شوند. منابع آلاینده جو شامل معدنکاری، ذوب و تصفیه، تولید انرژی، فرآیندهای مختلف صنعتی، سوزاندن پسماند و فعالیت‌های حمل و نقل می‌شود. علاوه بر این، ذرات بسیار ریز خاک گسیل شده به جوممکن است حاوی آلاینده­هایی باشند که جذب سطح آنها شده ­اند.
درجه آلودگی جو به موقعیت جغرافیایی، شرایط آب و هوایی، و منابع بالقوه آلاینده بستگی دارد. میزان انتقال آلاینده­ها نیز بسته به گونه آنها، متغیر است. بسیاری از آلاینده­های ناشی از وسایل نقلیه به صورت ذرات درشت وجود دارند و نمی‌توانند فاصله زیادی را از منبع طی کنند. ولی به هر حال، انتقال به صورت گاز و هواویز می‌تواند آلاینده­ها را به فواصل دوری از منبع منتقل کند، و این شکل انتقال اتمسفری به عنوان دلیل اصلی آلودگی مشاهده شده در مناطقی از قطب شمال شناخته شده ­است.نهشت جوی، یک منبع عمده عناصر در محیط سطحی است. نیکلسون و همکاران(۲۰۰۳) نشان دادند که نهشت جویدر خاک‌های کشاورزی بریتانیا، منبع اصلی بسیاری از فلزات سنگین است. طبق محاسبه آنها، ۸۵ درصد از کل جیوه ورودی، ۵۳ درصد کادمیم، ۷۷ درصد آرسنیک، نیکل و سرب، ونیز ۴۸ درصد روی، از این منبع ناشی شده­است.