English
1 -مقدمه
دریاچههای شور، دریاچههایی بسته با درجات متفاوت شوری با ویژگیهای منحصر به فرد در مناطق خشک و نیمه خشک
جهان واقع هستند. دلیل این شوری، بیشتر بودن تبخیر از جریانهای ورودی، و یا ورودی آب شور و یا هر دو عامل است[1.[
دریاچه ارومیه بزرگترین دریاچه فوق اشباع نمکی ایران است که در سالهای اخیر با توجه به کمبود آب ورودی و افزایش دما،
حاشیه و بیشتر بخش جنوبی دریاچه خشک شده، بهصورتیکه دریاچه شروع به دگرگونی کرده، شوری و دمای آن مرتباً زیاد
شده و سطح آب کاهش یافته و شوری آن به بیش از400 گرم در لیتر رسیده است. در پی خشک شدن دریاچه، رسوبات
شیمیایی، شامل رسوبات کربناته، سولفاته و کلروره در بستر آن نمایان شده است. شوری باالی دریاچه موجب شده که کلراید
سدیم آستانه اشباع بودن را گذر نموده و در کف دریاچه ترسیب شود. با ورود آبهای شیرین در فصل بهار، مجدداً نمک کف
در آب حل شده و شوری آب دریاچه را افزایش میدهد. پدیده افزایش نمک میتواند تاثیرات مخربی بر اکوسیستم، منابع آب و
پارامترهای اقلیمی داخل و اطراف آن داشته باشد[2 .[بنابراین اطالع از میزان نمکها در آب و پیشبینی تغییرات ترسیب و
حل آن در آینده میتواند در مدیریت این اکوسیستم موثر باشد.
2 -بحث و روش تحقیق
حاللیت ماده حل شونده به صورت ماکزیمم غلظت یک ماده در محلول میباشدکه تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر pH ،اثر
یون مشترک و غیرمشترک، واکنش های جانبی تشکیل کمپلکس، نوع حالل و دما قرار میگیرد. در صورتیکه غلظت ماده
حلشونده در محلول تحت تاثیر شرایط به وجود آمده افزایش یابد، محلول فوق اشباع حاصل و نمک ترسیب میشود. در فرایند
گرمازا با افزایش دما حاللیت کاهش مییابد، اما در فرایند گرماگیر با افزایش دما حاللیت افزایش مییابد [3.[
نتیجه مطالعات طلوعی )1375 )در مورد اثر درجه حرارت بر میزان امالح در دریاچه ارومیه نشان داد که غلظت
یونهای سدیم و سولفات در امالح نمونهبرداری شده در هر روز به هنگام صبح، به ترتیب مقادیر حداکثر و حداقل و به هنگام
عصر، به ترتیب مقادیر حداقل و حداکثر را نشان میدهد. امالح سولفاتدار نسبت به درجه حرارت حساس بوده و حاللیت آن با
افزایش درجه حرارت به مقدار قابل مالحظه ای افزایش مییابد. از اینرو، مقدار یون سولفات در نمونههای جامد در طول
شبانه روز و در طول سال به مقدار زیاد تغییر مییابد. بخشی از یون سولفات در طول فصل زمستان به صورت نمکهای سولفاته
نظیر میرابیلیت و اپسومیت از محیط شوراب خارج میشود[4.[
با توجه به اینکه یون های مختلفی در دریاچه ارومیه حضور دارند، مشخصات ترمودینامیکی آنها تحت تاثیر دما میباشد که
در این پژوهش تغییرات دما و pH در هر ماه به عنوان ورودی به مدل اعمال شده است. همچنین با توجه به قدرت یونی باالی
آب دریاچه ارومیه، برای محاسبات مربوط به ویژگی های شیمی فیزیکی آن از معادالت Pitzer که در پایگاه اطالعاتی
PHREEQC موجود است، استفاده گردید.
در این تحقیق از داده های اندازه گیری شده توسط سازمان آب منطقه ای آذربایجان شرقی استفاده شد. پنج نقطه
اندازه گیری شده از نظر مکانی در اطراف بزرگراه )شمال و جنوب( و از نظر زمانی به صورت ماهانه میباشند. محل برداشت
نمونهها در شکل 1 نمایش داده شده است. باتوجه به اینکه بزرگراه در وسط دریاچه است، میتواند نماینده مناسبی از کل
دریاچه باشد. بزرگراه به طول 15 کیلومتر است که یک بازشدگی به طول 1250 متر نزدیک به ساحل شرقی، دو قسمت
دریاچه را به هم ارتباط داده است. جریان تبادلی از شمال به جنوب و از جنوب به شمال در محل بازشدگی میانگذر در اکثر
روزهای سال به جز فصل بهار یکسان میباشد. در فصل بهار به دلیل حجم آب زیادی که از طریق رودخانه ها به قسمت جنوبی
دریاچه میریزد، جریان جنوب به شمال بیشتر از شمال به جنوب است [5 .[با گذر از فصل بهار، در ماه هایی که دبی رودخانه ها
کم میباشد، مقدار چگالی)شوری( بخش شمالی و جنوبی تقریباً به هم نزدیکتر میشوند؛ به طوری که از اواخر تابستان تا اواسط
پاییز در دو بخش دریاچه برابر میباشند [6 .[بنابراین اختالف غلظت یونها فقط در فصول پربارش مشاهده میگردد که در
ادامه تغییرات یون ها دقیقتر بررسی میگردد.
طبق شکل 2 غلظت کلر در آب دریاچه باال بوده و در حالت کلی تغییرات چندانی با زمان نداشته است. کلر در بین
سایر عناصر بیشترین مقدار را داشته و معموالً از یونهای اصلی در آبهای شور میباشد. به طور کلی غلظت کلر در 5 نقطه
بسیار به هم نزدیک میباشند و بیشترین تفاوتها بعد از سال 1390 رخ داده است.
طبق شکل 2 سدیم در دوره مورد بررسی دارای روند نزولی است. در بازه زمانی خرداد 1387 تا شهریور 1390 میتوان
گفت که تغییرات غلظتی در هر پنج نقطه مثل هم هستند. در قبل و بعد از این دوره زمانی بین دادهها اختالف اندکی وجود
دارد. بیشترین اختالف بین این پنج نقطه درمورد غلظت سدیم و کلر در فروردین و اردیبهشت 1392 میباشد و نمودار
تغییرات این یونها به طور یکسانی رفتار میکند. غلظت سدیم و کلراید در محل برداشت نمونه در ایستگاه شماره 1( شمال
بزرگراه( کمتر از سایر نقاط است. با توجه به اینکه در این زمان کلراید سدیم ترسیب شده است، با ورود آب شیرین به قسمت
جنوبی، کلرایدسدیم مجدداً انحالل مییابد و غلظت سدیم و کلراید زیاد میشود. همچنین امکان دارد این نمونه برداشت شده
در زمان فروردین و اردیبهشت 1392 دارای خطای آزمایشگاهی باشد، زیرا که این نقطه در مورد همه یونها در این زمان عدد
کوچکتری را نشان میدهد.
منیزیم در طی دوره مورد مطالعه روند افزایشی دارد و در سالهای 1392-1391 به بیش از سه برابر غلظت آن در
دریاچه در سالهای اولیه رسیده است. پنج نقطه اندازهگیری شده تا مهر 1390 تقریباً یک غلظت را دارا میباشند، ولی بعد از
این تاریخ اختالف بین پنج نقطه مشاهده میشود. این اختالف نشان میدهد که از مهر 1391 اختالط در محدوده بزرگراه به
خوبی صورت نمیگیرد.
میانگین غلظت یون سولفات در دوره زمانی موردمطالعه دارای روند افزایشی میباشد)شکل2 .)دادههای برداشت شده در
شمال بزرگراه میزان منیزیم و سولفات را در بهمن 1391 کمتر نشان میدهند که دلیل آن میتواند ترسیب ترکیبات سولفات
منیزیم و خروج این دو یون از آب دریاچه باشد.
همچنین غلظت پتاسیم و بیکربنات در دوره زمانی مورد مطالعه افزایش یافته است. مقدار زیادی از کلسیم توسط
نمکهای کلسیمدار نظیر آراگونایت)CaCO3 ،)ژیپس)2H2O.CaSO4 )و انیدریت )CaSO4 )از محلول خارج شدهاند ولی یون
کلسیم به طور کلی اندکی افزایش یافته است. از طرفی مقدار زیادی از کلسیم توسط رودخانههای آب شیرین به قسمت جنوبی
دریاچه وارد میشود که میتواند باعث اختالف غلظت در شمال و جنوب دریاچه میشود.
به منظور مدلسازی با توجه به اینکه اختالف در پنج نقطه در تمامی یونها قابل اغماض است، میانگین پنج نقطه به
عنوان غلظت ماهانه دریاچه انتخاب میشود. اکثر اختالفات در یک سال پایانی دوره مورد مطالعه اتفاق افتاده است؛ بنابراین،
این سال با دقت بیشتری باید بررسی شود.
به کمک مدلسازی معکوس و نرم افزار PHREEQC ،میزان کانیهای حل و یا ترسیب شده در بازه زمانی فروردین
1386 تا خرداد 1392 برای هر ماه بدست میآید؛ به این صورت که به طور مثال فروردین 1386 به عنوان محلول اولیه و
اردیبهشت 1386 به عنوان محلول ثانویه انتخاب شدند. در هر مرحله از شبیهسازی شش فاز انیدریت، آراگونایت، هالیت،
سیلویت، کیزریت و آب انتخاب گردید. مدل، تعادل مولی دستهای از مولهای انتقال یافته در هر فاز و یا واکنشدهنده که
موجب تغییر درترکیب محلول در طی فرآیند میشوند را تعیین میکند [7.[
عمده تعداد مولهای انتقال یافته مربوط به هالیت و آب است؛ به همین دلیل در این مقاله تنها به تحلیل تغییرات هالیت
پرداخته شده است. میزان مول هالیت انتقال یافته در هرکیلوگرم آب در شکل 3 به صورت ماهانه و تجمعی ساالنه ارائه شده
است. عالمت منفی به معنی ترسیب و خروج فاز از محلول و عالمت مثبت به معنی انحالل است. بیشترین انحالل هالیت در
سالهای 1386 و 1390 و کمترین در سالهای 1388 و 1389 رخ داده است. بازه تغییرات هالیت تجمعی انتقال یافته به آب
از 36.0 مول در سال 1388 تا 5.4 مول در سال 1386 در هر کیلوگرم آب می باشد.
در اکثر ماههای سال 1386 غلظت کلراید سدیم در دریاچه در حال افزایش است؛ در نتیجه مجموعاً هالیت در این سال در
حال افزایش غلظت و میزان ترسیب کم بوده است. در خرداد 1390 مقدار زیادی هالیت )kgw/mol 8.3 )حل شده است که
این عدد بزرگ بر جمع تجمعی دیگر ماههای سال اثر گذاشته و باعث شده نمودار سال 1390 میزان هالیت انحالل یافته را
بیشتر از ترسیب شده اعالم کند. در مرداد 1388 میزان زیادی هالیت )kgw/mol 88.0 )ترسیب شده که باعث کوچک شدن
مجموع نمک ترسیب و انحالل یافته در دریاچه شده است. در خرداد 1389 مقدار زیادی هالیت )kgw/mol 53.1 )در دریاچه
حل شده و در ماههای بعد از آن عمدتاً ترسیب هالیت اتفاق افتاده است.
ز خرداد 1386 تا مرداد 1386 دریاچه حجم قابل توجهی از آب خود را از دست داده است؛ به این صورت که از 58.9
میلیاردمترمکعب در خرداد 1386 به 87.8 در تیر 1386 و سپس به 73.7 میلیارد متر مکعب در مرداد 1386 رسیده است. در
نتیجه تبخیر و کاهش حجم، غلظت نمک در این زمان باال میرود)شکل5.)
در زمانهایی مانند مرداد 1388،تیر1389 و مرداد 1390 علیرغم کاهش حجم، ترسیب هالیت افزایش یافته است. این
نتیجه بدست میآید که دریاچه از حد اشباع سدیم رد شده است و دیگر تبخیر موجب افزایش غلظت نمک در آن نمیشود،
بلکه تا جایی آن را حل میکند و سپس ترسیب میکند.
در اردیبهشت 1391 بر خالف مرداد 1386 که با افزایش حجم آب مواجهایم، مجدداً غلظت نمک در دریاچه افزایش
مییابد. در این زمان حجم زیادی آب شیرین وارد دریاچه شده که حجم آب را از 3 میلیارد مترمکعب در فروردین 1391 به
54.3 میلیارد مترمکعب در اردیبهشت 1391 رسانده است. در این زمان نمک تهنشین شده در کف، مجدداً حل شده است.
بنابراین، افزایش غلظت نمک کلراید سدیم در آب دریاچه گاهی در اثر تبخیر و کاهش حجم آب دریاچه و گاهی در اثر
ورودی آب شیرین و انحالل مجدد نمک است. در سالهای اولیه دوره مورد مطالعه عمدتاً افزایش تبخیر موجب افزایش شدید
غلظت شده، ولی بعد از این دوران افزایش تبخیر موجب رسوب هالیت و ورود آب شیرین، موجب انحالل مجدد هالیت میشود.
اگر میزان جرم هالیت ترسیب یا انحالل یافته را تقسیم بر )مساحت دریاچه×چگالی هالیت( کنیم، میزان نمک ترسیب و
یا حل شده در دریاچه بر حسب میلیمتر در هر ماه به دست میآید. نمودار برای زمانی که تقریباً کاهش حجم آب دریاچه
باعث افزایش شدید غلظت نمیشود- از خرداد86 – رسم گردیده است )شکل6 .)با ضرب مقدار هالیت تهنشین شده در هر ماه
برحسب میلیمتر در دانسیته آب دریاچه، سرعت تهنشینی یا انحالل نمک در هر ماه بدست میآید)شکل 7.)
3 -نتیجه گیری
ترسیب نمک در دریاچه ارومیه بسیار تحت تاثیر میزان تبخیر است. از تاریخ شهریور 1386 تا خرداد 1392 مجموعاً به
ترتیب 97 و 140 میلیون تن نمک کلراید سدیم در دریاچه رسوب و یا حل شده است. در نیمه اول سال 1386 حجم قابل
توجهی از آب دریاچه در اثر تبخیر از دست رفته است. با تبخیر آب و کاهش حجم دریاچه غلظت کلراید سدیم در دریاچه باال
میرود. در سالهای بعدی با افزایش تبخیر هالیت ترسیب میشود و غلظت نمک حل شده در دریاچه کاهش و در فصول تر
نمک تهنشین شده در کف مجدداً انحالل مییابد. بنابراین عدد 140 میلیون تن نمک انحالل یافته، همیشه به معنی انحالل
مجدد نمک رسوب شده نیست و گاهی به معنی افزایش غلظت در اثر تبخیر است. بیشترین ترسیب هالیت در مرداد 1388 و
1390 با ارتفاعی حدود 6 میلیمتر و با سرعتی معادل 74.0 گرم بر سانتیمتر مربع اتفاق افتاده است.
مراجع
[1] Eugster HP, Hardie LA. Saline lakes. InLakes 1978 . Springer , New York , NY.
]2 ]طرح استحصال صنعتی امالح با ارزش دریاچه ارومیه با رعایت مالحظات زیست محیطی، “ارزیابی تطبیقی متودولوژی های
استحصال صنعتی امالح با ارزش دریاچه ارومیه با رعایت مالحظات زیست محیطی”،گزارش نهایی، سازمان زمین شناسی و اکتشافات
معدنی کشور،1394.
[3] Hounslow A. Water quality data: analysis and interpretation. CRC press; 2018 Feb 6.
]4 ]طلوعی، ج.، مطالعه و بررسی ژئوشیمیایی و هیدروشیمیایی و شناخت فازهای رسوبات شیمیایی حوضه رسوبی تبخیری دریاچه
ارومیه، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران،1376.
[5] Marjani A, Jamali M. Role of exchange flow in salt water balance of Urmia Lake. Dynamics of
Atmospheres and Oceans. 2014 Mar 1;65:1-6.
]6 ]مرجانی، ع.، جمالی، م. مدلسازی سه بعدی تعادل آب و انتقال آب شوری در دریاچه ارومیه، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران،
دانشگاه تهران،1387.
