Published May 25, 2022
| Version v1
Publication
Open
Application of Geochemical Indices in Evaluating Potentially Harmful Element Contamination at Mining Centres in the Sanyati Catchment, Zimbabwe
- 1. University of Zimbabwe
- 2. Mangosuthu University of Technology
Description
The release of potentially harmful elements (PHEs) into the environment in mineralised and mining areas has been associated with a variety of health-related disorders, especially non-communicable diseases such as cancer, heart and kidney failure and mental and cardiovascular disorders. The present study sought to evaluate the application of geochemical indices in assessing the degree of contamination at two sites, Kadoma and Hurungwe, both within the Sanyati Catchment, an important mining and agricultural hub in Zimbabwe. This evaluation was conducted by determining the concentration levels of 16 PHEs in 58 top-soil and stream sediment sample locations. The samples were collected during the period 2015–2017 and analysed for total PHE content using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). To assess the degree of contamination of the soils and stream sediments, contamination indices were computed and the potential ecological risk to the area was evaluated. A correlation analysis revealed PHE associations as strongly influenced by lithology and Au mineralisation in the Kadoma setting. Assessment of multi-element contamination using the pollution load index revealed significant contamination in 52% of the soil sample sites and 38% of the sediment sample sites in Kadoma. The results indicate that As, Cr, Mo, and Sb are the main contaminant PHEs in the Kadoma site. Potential ecological risk ranged from moderate to very high at 71% of soil sample locations and 53% of sediment locations and the key contributors were Sb, As, and Hg. At the Hurungwe site, Cr and Mo were found to be key contaminants with a low potential ecological risk for all samples. This study demonstrates the successful application of geochemical indices in evaluating the degree of single and multi-element contamination as the first step toward a human health risk assessment in mining environments. It is expected that these results would assist municipal authorities in their effort to formulate credible mitigative measures to protect the health of nearby residents and surrounding ecosystems and make an informed decision regarding land use planning and post-mining rehabilitation of contaminated land at mining centres.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ارتبط إطلاق العناصر الضارة المحتملة (PHEs) في البيئة في المناطق المعدنية ومناطق التعدين بمجموعة متنوعة من الاضطرابات المتعلقة بالصحة، وخاصة الأمراض غير المعدية مثل السرطان والقلب والفشل الكلوي والاضطرابات العقلية والقلبية الوعائية. سعت هذه الدراسة إلى تقييم تطبيق المؤشرات الجيوكيميائية في تقييم درجة التلوث في موقعين، كادوما وهورونجوي، وكلاهما داخل مستجمع سانياتي، وهو مركز تعدين وزراعي مهم في زيمبابوي. تم إجراء هذا التقييم من خلال تحديد مستويات تركيز 16 من المعدات الصحية الأولية في 58 موقعًا لعينات التربة العليا والرواسب المتدفقة. تم جمع العينات خلال الفترة 2015–2017 وتحليلها لمحتوى PHE الكلي باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن حثيًا (ICP - MS). لتقييم درجة تلوث التربة ورواسب المجاري المائية، تم حساب مؤشرات التلوث وتقييم المخاطر البيئية المحتملة على المنطقة. كشف تحليل الارتباط أن ارتباطات PHE تتأثر بشدة بعلم الصخور وتمعدن الاتحاد الأفريقي في بيئة كادوما. كشف تقييم التلوث متعدد العناصر باستخدام مؤشر حمل التلوث عن تلوث كبير في 52 ٪ من مواقع عينات التربة و 38 ٪ من مواقع عينات الرواسب في كادوما. تشير النتائج إلى أن As و Cr و Mo و Sb هي الملوثات الرئيسية PHEs في موقع كادوما. تراوحت المخاطر البيئية المحتملة من معتدلة إلى عالية جدًا في 71 ٪ من مواقع عينات التربة و 53 ٪ من مواقع الرواسب وكان المساهمون الرئيسيون هم Sb و As و Hg. في موقع هورونغوي، تم العثور على كروم ومو ملوثات رئيسية ذات مخاطر بيئية محتملة منخفضة لجميع العينات. توضح هذه الدراسة التطبيق الناجح للمؤشرات الجيوكيميائية في تقييم درجة التلوث الفردي والمتعدد العناصر كخطوة أولى نحو تقييم مخاطر صحة الإنسان في بيئات التعدين. ومن المتوقع أن تساعد هذه النتائج السلطات البلدية في جهودها الرامية إلى صياغة تدابير تخفيفية موثوقة لحماية صحة السكان القريبين والنظم الإيكولوجية المحيطة واتخاذ قرار مستنير بشأن تخطيط استخدام الأراضي وإعادة تأهيل الأراضي الملوثة بعد التعدين في مراكز التعدين.Translated Description (French)
La libération d'éléments potentiellement nocifs (EPS) dans l'environnement dans les zones minéralisées et minières a été associée à une variété de troubles liés à la santé, en particulier les maladies non transmissibles telles que le cancer, l'insuffisance cardiaque et rénale et les troubles mentaux et cardiovasculaires. La présente étude visait à évaluer l'application d'indices géochimiques pour évaluer le degré de contamination de deux sites, Kadoma et Hurungwe, tous deux situés dans le bassin versant de Sanyati, un important centre minier et agricole du Zimbabwe. Cette évaluation a été menée en déterminant les niveaux de concentration de 16 EPS dans 58 emplacements d'échantillons de sol arable et de sédiments de cours d'eau. Les échantillons ont été prélevés au cours de la période 2015–2017 et analysés pour la teneur totale en PHE à l'aide de la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Pour évaluer le degré de contamination des sols et des sédiments des cours d'eau, des indices de contamination ont été calculés et le risque écologique potentiel pour la zone a été évalué. Une analyse de corrélation a révélé que les associations PHE étaient fortement influencées par la lithologie et la minéralisation de l'or dans le cadre de Kadoma. L'évaluation de la contamination multi-éléments à l'aide de l'indice de charge de pollution a révélé une contamination significative dans 52% des sites d'échantillonnage du sol et 38% des sites d'échantillonnage des sédiments à Kadoma. Les résultats indiquent que As, Cr, Mo et Sb sont les principaux PHE contaminants dans le site de Kadoma. Le risque écologique potentiel variait de modéré à très élevé à 71% des emplacements d'échantillons de sol et 53% des emplacements de sédiments et les principaux contributeurs étaient Sb, As et Hg. Sur le site de Hurungwe, le Cr et le Mo se sont avérés être des contaminants clés avec un faible risque écologique potentiel pour tous les échantillons. Cette étude démontre l'application réussie des indices géochimiques dans l'évaluation du degré de contamination par un ou plusieurs éléments comme première étape vers une évaluation des risques pour la santé humaine dans les environnements miniers. On s'attend à ce que ces résultats aident les autorités municipales dans leurs efforts pour formuler des mesures d'atténuation crédibles pour protéger la santé des résidents voisins et des écosystèmes environnants et prendre une décision éclairée concernant l'aménagement du territoire et la réhabilitation post-minière des terres contaminées dans les centres miniers.Translated Description (Spanish)
La liberación de elementos potencialmente dañinos (PHE) al medio ambiente en áreas mineralizadas y mineras se ha asociado con una variedad de trastornos relacionados con la salud, especialmente enfermedades no transmisibles como el cáncer, la insuficiencia cardíaca y renal y los trastornos mentales y cardiovasculares. El presente estudio buscó evaluar la aplicación de índices geoquímicos para evaluar el grado de contaminación en dos sitios, Kadoma y Hurungwe, ambos dentro de la Cuenca de Sanyati, un importante centro minero y agrícola en Zimbabwe. Esta evaluación se realizó determinando los niveles de concentración de 16 PHE en 58 ubicaciones de muestras de sedimentos de la capa superior del suelo y del arroyo. Las muestras se recolectaron durante el período 2015–2017 y se analizaron para determinar el contenido total de PHE mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Para evaluar el grado de contaminación de los suelos y sedimentos del arroyo, se computaron índices de contaminación y se evaluó el riesgo ecológico potencial para la zona. Un análisis de correlación reveló que las asociaciones de PHE estaban fuertemente influenciadas por la litología y la mineralización de Au en el entorno de Kadoma. La evaluación de la contaminación de múltiples elementos utilizando el índice de carga de contaminación reveló una contaminación significativa en el 52% de los sitios de muestra de suelo y el 38% de los sitios de muestra de sedimentos en Kadoma. Los resultados indican que As, Cr, Mo y Sb son los principales PHE contaminantes en el sitio de Kadoma. El riesgo ecológico potencial varió de moderado a muy alto en el 71% de las ubicaciones de muestras de suelo y el 53% de las ubicaciones de sedimentos y los contribuyentes clave fueron Sb, As y Hg. En el sitio de Hurungwe, se encontró que el Cr y el Mo eran contaminantes clave con un bajo riesgo ecológico potencial para todas las muestras. Este estudio demuestra la aplicación exitosa de índices geoquímicos en la evaluación del grado de contaminación de elementos individuales y múltiples como el primer paso hacia una evaluación de riesgos para la salud humana en entornos mineros. Se espera que estos resultados ayuden a las autoridades municipales en su esfuerzo por formular medidas paliativas creíbles para proteger la salud de los residentes cercanos y los ecosistemas circundantes y tomar una decisión informada con respecto a la planificación del uso de la tierra y la rehabilitación posterior a la minería de tierras contaminadas en los centros mineros.Files
pdf.pdf
Files
(4.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:719349f9d347d68d521fcad0739d947e
|
4.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تطبيق المؤشرات الجيوكيميائية في تقييم تلوث العناصر الضارة المحتملة في مراكز التعدين في مستجمعات سانياتي، زيمبابوي
- Translated title (French)
- Application d'indices géochimiques dans l'évaluation de la contamination par des éléments potentiellement nocifs dans les centres miniers du bassin versant de Sanyati, au Zimbabwe
- Translated title (Spanish)
- Aplicación de índices geoquímicos en la evaluación de la contaminación por elementos potencialmente dañinos en centros mineros en la cuenca de Sanyati, Zimbabwe
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4281483896
- DOI
- 10.3389/fenvs.2022.829900
References
- https://openalex.org/W151550476
- https://openalex.org/W782739266
- https://openalex.org/W1543290915
- https://openalex.org/W1575992003
- https://openalex.org/W1653504510
- https://openalex.org/W1826173682
- https://openalex.org/W1955959902
- https://openalex.org/W1972078553
- https://openalex.org/W1972568665
- https://openalex.org/W1986549314
- https://openalex.org/W1995775856
- https://openalex.org/W1999306231
- https://openalex.org/W2012493177
- https://openalex.org/W2020445943
- https://openalex.org/W2027235936
- https://openalex.org/W2035413328
- https://openalex.org/W2049563454
- https://openalex.org/W2052618652
- https://openalex.org/W2057275258
- https://openalex.org/W2059245554
- https://openalex.org/W2060737737
- https://openalex.org/W2092866871
- https://openalex.org/W2112980480
- https://openalex.org/W2115128296
- https://openalex.org/W2136810996
- https://openalex.org/W2158823716
- https://openalex.org/W2163685349
- https://openalex.org/W2215498514
- https://openalex.org/W2228338508
- https://openalex.org/W2265150966
- https://openalex.org/W2271856226
- https://openalex.org/W2299300137
- https://openalex.org/W2312679801
- https://openalex.org/W2338989525
- https://openalex.org/W2343723709
- https://openalex.org/W2463873512
- https://openalex.org/W2468081463
- https://openalex.org/W2581834115
- https://openalex.org/W2591850422
- https://openalex.org/W2593554852
- https://openalex.org/W2742374276
- https://openalex.org/W2759148964
- https://openalex.org/W2765277601
- https://openalex.org/W2766507054
- https://openalex.org/W2793350103
- https://openalex.org/W2811437964
- https://openalex.org/W2885775116
- https://openalex.org/W2901269489
- https://openalex.org/W2902149039
- https://openalex.org/W2903310001
- https://openalex.org/W2904802496
- https://openalex.org/W2911026437
- https://openalex.org/W2916979896
- https://openalex.org/W2938177301
- https://openalex.org/W2967870857
- https://openalex.org/W2978421596
- https://openalex.org/W2986470088
- https://openalex.org/W2986751124
- https://openalex.org/W2997087390
- https://openalex.org/W3007957117
- https://openalex.org/W3008166399
- https://openalex.org/W3011340133
- https://openalex.org/W3011914366
- https://openalex.org/W3013425218
- https://openalex.org/W3025426545
- https://openalex.org/W3039183827
- https://openalex.org/W3045773946
- https://openalex.org/W3048550190
- https://openalex.org/W3098525717
- https://openalex.org/W3112330893
- https://openalex.org/W3136187927
- https://openalex.org/W3197513109
- https://openalex.org/W3199118754
- https://openalex.org/W3204750903
- https://openalex.org/W4250978216
- https://openalex.org/W4387387072