DENİZ RADYOEKOLOJİSİNDE SEDİMENT TUZAĞI (SEDIMENT TRAP) ÇALIŞMALARININ ÖNEMİ VE YAPILAN ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 TR DENİZ RADYOEKOLOJİSİNDE SEDİMENT TUZAĞI (SEDIMENT TRAP) ÇALIŞMALARININ ÖNEMİ VE YAPILAN ARAŞTIRMALAR Halim Aytekin Ergül 1 *, Sayhan Topcuoğlu 2, Bircan Telli 1, Mine Terzi 1 ' Kocaeli Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, İzmit, Kocaeli 2 İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Vezneciler, İstanbul Bilindiği gibi, denizel ortamlara çeşitli yollarla giren yapay ve doğal radyonüklidler su, sediment ve organizmalar arasında döngüye girmektedir. Bu üç denizel çevre öğesi radyoekolojik monitoring çalışmalarında sürekli izlenmiş ve izlenmektedir. Özellikle son yıllarda, sediment tuzakları ile deniz ortamlarının çeşitli derinliklerinden toplanan ve sedimantasyona uğrayan materyallerde izleme çalışmaları anlamlılık kazanmıştır. Deniz ortamlarının kıyı bölgelerinde özellikle Nükleer Güç Santralleri çevresinde çökelen partiküler materyalin analizleri ile ilgili çalışmalar, radyonüklidlerin dikey transferini tanımlamada çok önem taşımaktadır. Diğer taraftan, derin deniz ortamlarında da sedimantasyon hızlarına yönelik araştırmalar ekolojik açıdan çok yararlı bilgileri ortaya koymaktadır. Radyonüklid tayinine yönelik sediment trap çalışmaları ülkemizde yaklaşık on yıl önce ilk defa Küçükçekmece Gölü'nde yapılmış, 10 m derinlikteki sedimantasyon hızı ve polonyum-210 radyonüklidinin konsantrasyonu saptanmıştır. Bunun ardından, yıllarında, Doğu Karadeniz'de 40 m derinlikte bu çalışmalara tarafımızdan devam edilmiştir. 137 Cs, 2 8 U, 232 Th, ve 40 K radyonüklidlerinin saptandığı bu çalışmada, 2 1 maksimum günlük sedimantasyon hızı (mass flux), g m" gün" olarak belirlenmiştir. Diğer taraftan, sediment trap materyalinde 137 Cs konsantrasyon menzili kuru ağırlıkta Bq kg" 1 olarak bulunmuştur. Bu menzil düzeyi, aynı noktada dip sedimentlerinde saptanan Cs miktarlarından daha fazladır. TÜBİTAK tarafından desteklenen ve halen devam etmekte olan araştırma projemiz (107Y261) kapsamında, İzmit Körfezi Dilovası bölgesinde de döneminde sediment trap çalışmalarını başlattık. Farklı derinliklere kurulan sediment tuzaklarındaki sedimantasyon miktarının 5 m derinlikteki düzeyinin menzili g m" 2 gün" 1 bulunurken, bu miktar 15 m derinlikte g m" 2 gün" 1 olarak saptanmıştır. Radyonüklid konsantrasyonları ile çeşitli parametrelerin ve kimyasal kirleticilerin analizlerine bu materyallerde devam edilmektedir. Anahtar Kelimeler: Sediment Tuzağı, Deniz Radyoekolojisi, Dikey Partikül Çökelimi, Radyonüklid, 137 Cs * halim.ergul@kocaeli.edu.tr 313

2 IMPORTANCE OF SEDIMENT TRAP STUDIES IN MARINE RADIOECOLOGY AND INVESTIGATIONS ON THIS SUBJECT It is well known both natural and anthropogenic radionuclides which come into variously ways to marine environments can enter into the biogeochemical cycles among the water, sediment and biota. These three marine environment components are periodically investigated via radioecological monitoring studies. In marine radioecology monitoring studies on settling particular material which collects from various depths of the sea water by sediment traps and bottom sediments are getting important and meaningfulness especially in the late years. Analysis about the settling particulate material at the coastal zone of the marine environment especially around the nuclear power plant has great importance on describing vertical particle flux. Investigations about particulate flux at the deep marine environments also provide ecologically useful information. The first sediment trap study in the Turkish marine environment carried out to determine 210 Po activity and sedimentation rate at 10 m depth of the Küçük Çekmece Lake about ten years ago. Afterwards, similar study continued in the eastern coast of the Black Sea at the 40 m depth in In this study the 137 Cs, 238 U, 232 Th and 40 K concentrations were determined and maximum mass flux found to be g m" 2 d" 1. The range of the I37 Cs concentration determined to be Bq kg" 1 in dry weight in the settling materials. This activity levels were higher than bottom sediment sample which collected from the same station. We have a research Project on the sediment trap study in Dilovasi region of the İzmit Bay for the period of 2008 and 2011 and the financial support of this project (107Y261) to be provided by The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK). The ranges of the sedimentation rates determined to be g m 2 d" 1 and g m' 2 d" at the 5 m and 15 m depths, respectively. The different parameters and concentrations of radionuclides and other chemicals will be investigated in the sediment trap materials. Keywords: Sediment Trap, Marine Radioecology, Vertical Particle Flux, Radionuclide, 137 Cs 314

3 1. GİRİŞ Yaklaşık son otuz yıldır denizlerin yüzeyinden dip kısımlara materyal ve enerji transferi ile ilgili çalışmalar ağırlık kazanmıştır. Sediment tuzakları kullanılarak yapılan bu çalışmalarda, derin deniz havzalarında sedimantasyona uğrayan partiküllerin, sedimantolojisi, biyojeokimyası, taşınımları ve sedimantasyon prosesleri araştırılmıştır [1, 2]. Bu çalışmalar biyolojik bağlamda hem yüzeyden deniz dibine olan enerji transferini ortaya koymaya hem de bentik organizmalar tarafından depolanan bu partiküllerin kullanımlarım saptamaya yöneliktir. Sediment tuzakları ile ilgili yapılan çalışmalarda, sedimantasyon hızlarını saptama çalışmaları yanında radyonüklidler ve toksik ağır metaller başta olmak üzere, birçok kirleticinin akılarını (flux) saptamak da anlamlılık içermektedir. Ekosistemlerdeki etkileşimlerin açıklanabilmesi için gerek açık ve derin deniz ortamlarında gerekse canlı aktivitesinin yoğun olduğu kıyı ya da körfez veya göl gibi ortamlarda bu tür çalışmalara çok gereksinim vardır. Keza kirletici unsurların etkilerinin belirlenebilmesi, canlı ve cansız ekosistem öğelerinin birlikte değerlendirildiği bütünleştirici karar araçlarının kullanılmasını zorunlu kılar [3]. Çernobil nükleer kazasından sonra, Karadeniz'de ( ' N, ' E) 2100 m'lik su kolonunun m'sine bir sediment tuzağı yerleştirilmiştir. Bu çalışmada, 134 Cs, 137 Çs, 144 Ce ve 106 RU radyonüklidlerinin spesifik aktiviteleri ve akıları saptanmıştır [4], 1986 yılında yapılan bu çalışmada maksimum 137 Cs'nin spesifik aktivitesi kazayı takip eden ilk ayda 1900±200 Bq kg" 1 olarak saptanmıştır. Bu radyonüklidin akısı ise aynı süreçte 0.04 Bq m" 2 g" 1 olarak bulunmuştur. Altı ay sonra, aynı şekilde aynı yerden alınan sediment tuzağı örneklerinde 137 Cs ve diğer radyonüklidlerin aktiviteleri saptanamamıştır. Bu veriler, Çernobil kaynaklı radyonüklidlerin kısa bir sürede, Karadeniz'in yaklaşık 1000 m derinlikteki anoksik sularından, arındığını göstermiştir. Doğu Karadeniz'in Yomra (Trabzon) Bölgesinde ( N ve E) 70 m'lik su kolonunun 40. m'sine sediment tuzağı yerleştirerek, radyonüklid, ağır metal düzeyleri ve sedimantasyon hızları ile ilgili araştırmalar yapılmıştır [5, 6, 7]. Özellikle hamsi yataklarının bulunduğu bu oksik ortamda, sediment tuzağı örneklerinde saptanan 137 Çs aktivitesinin, yıllarındaki menzili 40 ile 100 Bq kg" 1, akısı ise 0.37 ile 2.50 Bq m" 2 gün" 1 düzeylerinde bulunmuştur. Bu bulgular bize Çernobil kazasından sonra!6-17'yıi geçmesine rağmen, Karadeniz'in oksik sularında, partiküler formda 137 Cs radyonüklidinin belli bir düzeyde mevcudiyetini göstermiştir. Diğer taraftan bu çalışmada sedimantasyon yapan materyallerdeki 137 Cs konsantrasyonunun aynı noktadan alınan dip sedimentlerindekinden biraz daha fazla olduğu belirlenmiştir. Maksimum derinliği 20 m olan Küçük Çekmece lagün gölünde yıllarında 10 m derinliğe sediment tuzağı yerleştirilerek, toplam partikül akısı, organik madde ve karbonat akıları, sırasıyla; , ve g m" 2 gün" 1 olarak saptanmıştır [8]. Bu çalışmada, maksimum 210p o konsantrasyonu Mayıs ayında >1 [xm boyutundaki sedimantasyon yapan partiküllerde 1746 Bq kg" 1 olarak saptanmıştır. Deniz yüzeyinin birkaç yüz mikron kalınlığında olan üst mikro tabakası organik ve inorganik parçacıkların, mikro yaşamın ve canlı olmayan parçacıkların bir matrisidir. Bu mikro tabaka, planktonların oluşturduğu biyojenik materyallerden dolayı organik bakımdan zengin bir yüzey film tabakasıdır. Bu tabaka özellikle karbon miktarı bakımından yüzey altı sularından oldukça yüksektir. Bu tabakada karbon ve 210 Po radyonüklidi ölçüldüğü gibi bu tabakanın altında 0.4, 2.4, 4.4 ve 10 m derinliklere 315

4 sediment tuzakları kurularak, bu elementlerin çökelen partiküllerde zenginleşmesini mikro tabakada ve sedimantasyon yapan parçacıklarda ortaya koyan çalışmalar yapılmıştır [9J. Bu çalışmada, yukarıda bahsedilen proje çalışması çerçevesinde İzmit Körfezi'nin Dil Deresi açıklarına yerleştirilen iki adet sediment tuzağı ile özellikle sedimantasyon hızları ile ilgili, döneminde elde edilen bulgular ortaya koyulacaktır. 2. DENEYSEL 2.1 Örnekleme İstasyonları Sediment tuzaklarından biri Dil Deresi'nin denize döküldüğü yerin yaklaşık 50 m açığında 8 m derinlikteki su kolonunun 5. m'sine (DDI), ikincisi ise, 250 m açıkta 25 m'lik su kolonunun 15. m'sine (DD2) yerleştirilmiştir. Örnekleme istasyonlarının konumu Şekil 1. de verilmiştir. 2.2 Örnekleme Düzenekleri Şekil 1. Sediment tuzağı istasyonları. Sediment tuzakları, iskeleye monte edilen yaklaşık 1.60 m boy ve 1.50 m uzunluğundaki L şeklinde profillere çelik halatlarla bağlanmış ve istenen derinlikte asılı kalması için sabitlenmiştir. Kullanılan sediment tuzakları Saarso tip, 14 cm çap ve 56 cm uzunlukta 40 derece koni açısına sahip üzerinde tahliye muslukları ve toplama kabı bulunan polietilen malzemeden üretilmiş yaklaşık 3 kg ağırlıkta araçlardır. Üst kısmında organizma ve benzeri büyük boyutlu maddelerin girmesini engelleyecek ızgara bulunmaktadır (Şekil 2). 316

5 2.3 Örnek Hazırlama İşlemleri Şekil 2. Sediment tuzağı düzeneği Yaklaşık günlük periyotlarda örnek alman her iki sediment tuzağının toplama kaplan içine her örneklemeden önce %4'lük formol ilave edilmiştir. Her iki sediment tuzağından döneminde, şimdiye kadar toplam 18 kez örnek alınmıştır. Her örnekleme sonrasında en kısa sürede ve buzluklarda laboratuara getirilen sediment tuzağı örnekleri rotary splitter yardımıyla eşit kısımlara aynlmıştır. Bir kısım 0,45 /zm'den filtre edilerek suyundan uzaklaştınlmış, daha sonra organik madde analizlerine hazırlanmak üzere -18 C'ta muhafazaya alınmıştır. Diğer kısım analitik sarsma cihazında 500, 250, 125, 63 fim lik elekler yardımıyla partikül fraksiyonlanna ayrılmıştır. Eleklerde kalan sediment saf suyla yıkanarak alınmış, filtre edilerek suyundan uzaklaştınlmış ve 3 kez saf sudan geçirilerek tuzlanndan anndmlmıştır. 55 C'a ayarlı etüvde 48 saat süreyle sabit ağırlığa kadar kurutulmuştur. Elde edilen kuru ağırlık miktan yardımıyla sediment tuzağı çapı, toplama süresi dikkate alınarak günlük sedimantasyon oranlan g m" 2 gün" 1 olarak hesaplanmıştır. Kurutulmuş sediment örnekleri porselen havanlarda nazikçe ezilerek toz haline dönüştürülmüş, eser element ve radyonüklid analizinde kullanılmak üzere saklanmıştır. Partikül fraksiyonlan ise, yüzde olarak verilmiştir. 317

6 3. DENEYSEL SONUÇLAR DDI ve DD2 istasyonlarından sediment tuzakları ile toplanan partiküllerin boyutlarına göre % dağılımları ile günlük sedimantasyon oranları Çizelge 1 'de verilmiştir. DDI İstasyonunda en yüksek sedimantasyon oranı oranı ile tarihinde saptanırken en düşük oran ise olarak tarihinde bulunmuştur. DD2 istasyonunda ise, en yüksek oran olarak DDI de olduğu gibi aym tarihte belirlenmiştir. En düşük değer de olarak yine tarihide bulunmuştur. Her iki istasyonda da sedimantasyon oranları benzerlik göstermiştir. Ancak 5 metre derinlikte oluşan sedimantasyon oranları 15 m derinliğe göre anlamlı olarak yüksektir. Çizelge döneminde 2 haftalık periyotlarda geçekleştirilen 11 örneklemede DDI ve DD2 istasyonlarında elde edilen veriler Örnekleme Tarih Aralığı Ağustos Mayıs 2009 İstasyon En Ortalama Yüksek Duşuk Sedimantasyon oram (g m' 2 gün' 1 ) DD1 Partikül Boyutu (%) <63 nm >63 pm Sedimantasyon oranı (g m' 2 gün' 1 ) DD2 Partikül Boyutu (%) <63pm >63^ım Sedimantasyon yapan materyallerde % partikül dağılımına bakıldığında partikül boyutu <63 im sedimentlerin, diğer boyutlardaki örneklerden belirgin olarak fazla olduğu görülmektedir. Her iki örnekte de Mayıs ayında bu oran % 97'lere kadar yükselmiştir. Buna karşılık >63 ira partikül boyutu en fazla sedimantasyon her iki istasyonda da Eylül ayında saptanmıştır. Karadeniz'in 1071 m derinliğinde saptanan maksimum sedimantasyon oranı Temmuz 1986 tarihinde mg m" 2 gün" 1 olarak belirlenmiştir [4]. Adriyatik Denizi'nin 35 m derinliğinde saptanan maksimum sedimantasyon miktarı ise, 17.4 g m" 2 gün" 1 olarak verilmiştir [10]. Kuzey-Batı Akdeniz'de yapılan sedimantasyon hızı ile ilgili araştırmada, sedimantasyon yapan madde miktarının 350 m derinlikte g m" 2 gün" 1 olduğu bulunmuştur [11]. Doğu Karadeniz'in 40 m derinliğinde saptadığımız en yüksek sedimantasyon düzeyi ise, Eylül-Ekim 2003 tarihinde g m" 2 gün" 1 olarak saptanmıştır [7]. Venezüella'da 6 ve 9 m derinlikte 100 adet örnek toplamışlar ve buldukları ortalama sedimantasyon oranının menzilini 44±7-281 ±46 olarak vermişlerdir [12]. Sedimantasyon oranının kıyıdan uzaklaştıkça azaldığını yani mesafe ile ters orantılı olduğunu söylemişlerdir. Bu son araştırmada 1335 g m^gün" 1 gibi yüksek değerler de vardır. Mevcut çalışmada, ortaya konulan sedimantasyon oranları bazı tarihlerde oldukça yüksektir. Bunun nedeni Dil Deresinin meteorolojik şartlara bağlı olarak, çalıştığımız bölgeye yüksek oranda sediment taşımasıdır. Anlamlı olan, bu partiküllerde, litojenik ve biyojenik oranlan ortaya koymak ve radyonüklid ve ağır metallerin konsantrasyon ve akılarım saptamaktır. 318

7 4. TARTIŞMA VE YORUM Ülkemizin bütün sucul ortamlarında, özellikle kimyasal kirlenmenin yoğun olduğu sıcak noktalarında ve Nükleer Güç Santralleri kurulacak olan yerlerde sediment tuzak çalışmalarını desteklemek ve bu konudaki projeleri teşvik etmek hem deniz ekolojisi hem de deniz radyoekolojisi açısından anlamlılık içermektedir. Son dönemde ülkemizin gündeminde olan nükleer santral inşası için düşünülen Sinop ve Akkuyu gibi bölgelerde sediment trap çalışmalarının yapılması ayrıca önem taşımaktadır. Bu tür araştırmaların yapılmadığı denizel ortamlarımızda, gerçekçi bir lisanslama yapılması ve gerekli önlemlerin alınmasının çok zor olacağı düşünülmektedir. 5. KAYNAKLAR [1] Angel, M.V., Detrial organic fluxes trough pelagic ecosystems, in: Flows of energy and materials in marine ecosystems. Edited by. M.J.R. Fasham, Plenum Pres. New-York, ,1984 [2] Fowler, S.W. and Knauer, G.A., Role large particles in the transport of elements and organic compound through the oceanic water column. Progr. Oceanogr, 16, , 1986 [3] Burton, G. A., Jr. and Scott, K. J., Sediment Toxicity Evaluations: Their Niche in Ecological Assessment, Environ. Sci. Technol, 26, 2068, 1992 [4] Buesseler, K. O., Livingston, H. D., Honjo, S., Hay, B. J., Manganini, S. J., Degens, E. T., Ittekkot, V-., Izdar, E., and Konuk, T Chernobyl Radionuclides in a Black Sea Sediment Trap. Nature. 329, 6142, , 1987 [5] Ergül, H. A., Topcuoğlu, S., Ölmez, E. and Kırbaşoğlu, Ç., Radioactivity Concentrations in Sediment -. Trap and Bottom Sediment Samples from the Turkish Coast of the Black Sea, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Volume 268, Number 1, pp (4), 2006 [6] Ergül, H. A., Topcuoğlu, S., Ölmez, E and Kırbaşoğlu, Ç., Heavy metals in sinking particles and bottom sediments from the eastern Turkish coast of the Black Sea, Estuarine Coastal and Shelf Science, Vol. 78, , 2008 [7] Ergül, H. A. and Topcuoğlu, S., Seasonal Changes In Settling Particulate MatterOn The Eastern Turkish Coast Of The Black Sea, Fresen. Environ. Bull. Vol.18, 7, 2009 [8] Topcuoğlu, S., Kırbaşoğlu Ç., Kut, D., Güngör, N., Ölmez,E. and Esen, N., Vertical partide flux in a brackish water lagoon, Küçükçekmece Lake in Northwestern Turkey. Rapp. Comm. Int. Mer Medit., 36, p 168, 2004 [9] Miquel, J.C., Rodriguez, A., Gasser, B. and Fowler, S.W., Carbon and 210 Po in the surface microlayer.and its role in near surface particle fluxes in the NW Mediterranean coastal zone, Rapp.Comm.int.Mer Medit., 37, 277, 2004 [10] Puskaric, S., Fowler, S. and W Miquel, J.-C., Temporal Changes in Particulate Flux in the Northern Adriatic Sea, Estuarine Coastal and Shelf Science, 35, ,1992 «[11] Heussner, S., Monaco, A., Fowler, S.W., Buscail, R., Millot, C. and Bojanowski, R., Ecomarge: Flux of particulate matter in the Northwestern Mediterranean (golfe du Lion). Oceanologica Acta, , 1988 [12] Bastidas, C., Bone, D. and Garcia, E.M., Sedimentation rates and metal content of sediments in a Venezuelan coral reef. Marine Pollution Bulletin, 38 (1), 16-24, 1999 TEŞEKKÜR Araştırma projesine maddi destek sağlayan TÜBİTAK (ÇAYDAG-107Y261) ve Kocaeli Üniversitesi (BAPB-2008/017) ne teşekkür ederiz. 319