FETHİYE LİMANI SEDİMENTLERİNDE AĞIR METAL BİRİKİMLERİ

Transkript

1 LİMANI SEDİMENTLERİNDE AĞIR METAL BİRİKİMLERİ Sinem YILGÖR ve Mert AVCI DEÜ Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü, İzmir E-Posta: ÖZET Fethiye Limanı'nda ağır metal kirliliği üzerine yapılan bu çalışmada gerek bölgede bulunan krom yataklarından gelen atıkların, gerekse insan kaynaklı atıkların yarattığı ağır metal kirliliğinin etkisi altında olan Fethiye Limanı güncel sedimentlerinde toplam 42 istasyonda Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Fe, Mn, ve Co metallerinin toplam konsantrasyonları saptanmıştır. Dünya geneli ortalama şeyl değerlerine göre, çalışma alanı sedimentlerinde saptanan Cu ve Zn konsantrasyonları ortalamanın altında kalmakta, Mn ve Fe konsantrasyonları ortalamaya yakın sonuçlar vermekte, Co, Cr, Pb, ve Ni konsantrasyonları ise ortalamanın 4-20 katına ulaşmaktadır. Fethiye Limanı güncel sedimentlerinde en sık görülen litoloji killi silttir, bunu kumlu silt, silt, siltli kum ve kum takip eder. Ölçülen tüm metaller ince taneli sediment (killi silt) fraksiyonunda zenginleşmektedir. Sediment örneklerinde organik karbon içerikleri % , karbonat içerikleri ise % arasında değişim göstermektedir. Organik karbon, ölçülen tüm ağır metallerle pozitif korelasyona, karbonat ise negatif korelasyona sahiptir. Çevrede bulunan maden yataklarını da içeren bazikultrabazik kayaçlar ve çalışma alanı doğu kıyısı boyunca denize boşalan, yüksek metal konsantrasyonlarına sahip dereler ve tahliye kanalları vasıtasıyla limana olan girdiler ortalama şeyl değerini çok aşan metal konsantrasyonlarının kaynağıdır. Çalışma alanının yarı kapalı bir deniz olması ve su sirkülasyonunun sınırlı olması kirliliği arttıran etkenlerdendir. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Fethiye Limanı, ağır metal (Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Fe, Mn, Co), organik karbon, sedimentoloji. HEAVY METAL ACCUMULATION IN SEDIMENTS OF FETHIYE PORT ABSTRACT The recent sediments of Fethiye Port are under the effect of metal pollution originating either from wastes coming from the chromium deposits or urban wastes. In 42 stations total concentrations of Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Fe, Mn and Co metals were determined. In comparison with the average shale values the concentrations of Cu and Zn are lower, Mn and Fe are similar to these values, Co, Cr, Pb, and Ni are higher (4-20 times) in the sediments of the study area. The most seen lithology in recent sediments of Fethiye Port is clayey silt. Sandy silt, silt, silty sand and sand are following this. All of the measured metals are found together with fine grain sediment fractions. Organic carbon and carbonate contents of the sediments change between % and % Organic carbon makes positive correlation with fine grains while carbonate is making negative correlation. Sources of the high metal concentrations are; rivers and discharging channel which have high metal contents and chromium deposits in the catchments area. These rivers and channels are draining the study area. Fethiye Port is a semi-enclosed and water circulation is limited. This situation develop dimension of pollution. KEYWORDS: Fethiye Port, heavy metal (Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Fe, Mn, Co), organic carbon, sedimentology. 428

2 GİRİŞ Atıkların kıyısal bölgelerden deniz ortamına verilmesi dünyada çok sık karşılaşılan kirlilik problemlerindendir. Bu durum kıyısal bölgelerde aquatik ortamın yüzey sedimentlerinde metal zenginleşmesine sebep olmaktadır (Förstner & Witmann, 1983; Salomons and Förstner, 1984). Bu proses kapalı ve yarı kapalı alanlardaki yüzey sedimentlerinin ağır metal içeriklerini artırmaktadır (Karageorgis, Sioulas, Anagnostou, 2002). Ağır metal birikiminde kaynaklar; i) Nehirler, yağmur suları ve rüzgar erozyonu yoluyla oluşan ve metal içeren formasyonlarla temsil edilen alanlardaki metallerin ayrışma ve aşınma sonunda, aquatik ortamın su ve dip sedimentlerinde birikmesiyle sonuçlanan jeolojik ayrışma ve aşınma prosesi, ii) Ağır metal içeren madenlerin işletilmesi sonucu çıkan atıkların doğaya verilmesi ve aquatik ortamda birikmesi ile sonlanan madencilik etkileri, iii) Endüstrileşme; Ağır çelik endüstrisi, kimyasal ve petrokimyasal endüstrileşme sonunda üretilen katı ve sıvı ve bunların kanalizasyon şebekesi ile aquatik ortama taşınması, iv) İnsan kaynaklı katı ve sıvı haldeki çöp ve atıkların aquatik ortama deşarjından kaynaklanan ağır metal kirlenmesi, v) Yağışlar ve kanalizasyon tarafından aquatik ortama taşınan, taşıtların yaydıkları partikül haldeki ağır metalleri de içeren atmosferik atıklar olarak belirlenmiştir. (Förstner ve Witmann, 1983). Yüzey sedimentlerinin ağır metal içeriği partikülün tane boyu ile ilişkili olan kimyasal ve minerolojik kompozisyonunun bir fonksiyonudur. Çoğu ağır metal sedimentin ince taneli fraksiyonlarıyla birlikte bulunur (Kennish, 1997). (Förstner & Wittmann, 1979; Millward et al., 1999); sedimentte yapılan ağır metal analizinde tane boyu etkisinin önemini vurgulamış ve ağır metallerin genellikle ince taneli sedimentlerde zenginleştiğini kabul etmişlerdir. Aquatik ortamda ağır metal ile organik madde arasında güçlü bir ilgi bulunmaktadır. Su kolonunda ki çözünmüş veya partikül haldeki organik madde metaller için bir taşıyıcı görevi görür ve metaller yüzey sedimentlerine dahil edilirler (Lin & Chen, 1997). Bu organometalik kompleksler Irwing-William serisini takip eder: Hg > Cu > Pb > Zn > Cd > Fe (Coquery & Welbourn, 1995). Öte yandan sudaki ağır metalin taşınmasında, organik madde tarafından adsorbsiyon da önemli bir prosestir fakat etkileşimlerinin mekanizması tam olarak bilinememektedir (Lin & Chen, 1997). Deniz ortamındaki organik madde karasal veya denizel kökenlidir. Denizel organik madde yerlidir ve denizel flora ve faunadan türemiştir (Bordovskiy,1965). Denizel organik maddenin birincil sağlayıcıları; fitoplanktonlar, zooplanktonlar, bakteri, alg ve mikrofita popülasyonudur (Nienhius, 1981). Karasal organik madde deniz ortamına dışarıdan çeşitli yollarla gelir. Karadan gelen organik maddenin taşınmasında nehirler büyük rol oynar (Romankevich,1984). Ayrıca havada taneli partikül halindeki organik madde de rüzgar sisteminin etkisiyle deniz ortamına kolayca taşınır. Karasal organik madde sığ ortamda depolanır ve kayma, göçme, yığın akması ve türbidit akıntılarıyla basene doğru taşınabilir. ÇALIŞMA ALANI Fethiye Limanı Türkiye nin GB kıyısında, 36 o 37 ı -36 o 39 ı K enlemleri ve 29 o 05 ı 29 o 08 ı D boylamları arasında yer alır ve 9 km 2 lik bir alanı kaplar (Şekil 1). Girişinde bulunan Limanın iç ve dış kısımları arasında bir dalgakıran gibi dalga oluşumunu ve akıntı şartlarını kontrol eder. Limanda; gerek insan kaynaklı atıkların, gerekse çevrede bulunan maden yataklarından gelen atık suların etkileri sonucunda ağır metal birikimi önemli boyutlara ulaşmaktadır. Yarı kapalı bir deniz olması ve su sirkülasyonunun sınırlı olması kirliliği arttıran etkenlerdendir. 429

3 Çalışma alanında su derinliğinde büyük bir değişim gözlenmemektedir. Limanın doğu kısmında oldukça sığ olan derinlikler, basende 20 metreye çıkmaktadır. nın doğu ve batısında yer alan iki kanal Limanı açık denize bağlamaktadır. Kanal derinlikleri sırasıyla 15 ve 25 metredir. Fethiye Körfezi nin kirlenmesi ve sedimentle dolması konusu çeşitli zamanlar, belediye, basın ve vatandaşlar tarafından dile getirilen ve önlem alınması istenen bir konudur. D.S.İ. 21. Bölge Müdürlüğü tarafından hazırlanan Fethiye Körfezi Kirlilik Raporu (1995) e göre körfez için aşağıdaki sorunlar ortaya konmuştur. Fethiye Limanı doğu sahillerinden birçok dere ve tahliye kanalları denize dökülmektedir. Bölgede bulunan krom işletmelerine ait olan krom madeni yıkama tesislerinin silt ve ağır metalce zengin atık sularını taşıyan pasa arkları bu dere ve tahliye kanallarına boşalmakta ve dereler vasıtasıyla denize ulaşmaktadır. DSİ Genel Müdürlüğü İçme suyu ve Kanalizasyon Dairesi Başkanlığı ile DSİ 21. Bölge Müdürlüğünde 1995 yılında limana boşalan dere ve tahliyeler üzerinde 11 örnekleme istasyonu tespit edilerek su kalitesi gözlem çalışmaları yapılmıştır. Bu analizler sonucunda sularda oldukça yüksek ağır metal içeriğine rastlanmıştır (DSİ, 1995). MATERYAL VE YÖNTEM 1. Örnekleme Örnekleme; DEÜ Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü bağlısı R/V K. Piri Reis ile 1997 yılında yapılan Fethiye Körfezi deniz çalışmaları kapsamında yapılmıştır. Örnekleme istasyonları, çalışma alanının genelini yansıtacak bir grid ağında seçilmiş (Şekil 1), navigasyon sistemi olarak Trimble GPS kullanılmıştır. Toplam 42 istasyonda Van Veen Grab kullanılarak alınan yüzey sedimentleri, sedimentolojik ve jeokimyasal analizler için alt örneklere ayrılmış ve jeokimyasal analizlerde kullanılacak olanlar derin dondurucuda saklanmıştır. 2. Laboratuvar Yöntemleri Tane boyu analizleri TSE (1987) ye göre, tane boyu 63 mikrondan büyük olan kısım için standart kuru elek tekniği ile, 63 mikrondan küçük olan kısım için ise hidrometre tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Karbonat analizleri için Grimaldi vd. (1966) ve Carver (1971) yöntemlerinin kombinasyonu olan Piper (1974) e ait yöntem kullanılmıştır. Oldukça hızlı ve doğru olan bu yöntemde hassasiyet % 1 dir. Toplam organik karbon analizleri Gaudette vd. (1974) e ait ıslak oksidasyon yöntemi ile yapılmıştır. Stokiyometrik olmayan tuzların maddenin tartımında hatalara yol açmasından dolayı (Rosental vd. 1985), ağır metal analizleri için ayrılan tüm örnekler deniz tuzunu uzaklaştırmak için saf su ile yıkanmıştır. Örnekler etüvde C de kurutulmuş (Tessier vd. 1979), homojenize etmek ve eleme kolaylığı için agat havanda hafifçe öğütülmüştür. Bu çalışmada analiz için kullanılan tane boyu silt ve aşağısı kabul edildiğinden sedimentler 63 mikron açıklıktaki plastik elekten geçirilmiştir. 63 mikrondan küçük taneli yaklaşık 0.15 gr. lık örnekler, HNO 3 /HF/HClO 4 /HCL asitleri karışımıyla, Mikrodalga Çözünürleştirme Sisteminde işleme tabi tutularak Atomic Absorbsion Spectrometre (AAS) de okunmaya uygun solüsyonlar haline getirilmiştir. Metallerin total konsantrasyonlarını saptamak için hazırlanan solüsyonlar Varian, Model Atomic Absorbsion Spectrometre alevli ünitesi kullanılarak analiz edilmiştir. 430

4 Şekil 1. Çalışma alanı ve örnek lokasyonları haritası. Figure 1. Map of study area and sample locations. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 1. Sediment Kompozisyonu ve Dağılımı Fethiye Limanı sedimentlerinin kum yüzdeleri % 4-80, silt yüzdesi % 20-90, kil yüzdesi ise % 1-23 arasında değişim göstermektedir. Shepard (1954) ün dokusal sınıflamasına göre ; çalışma alanı sedimentlerinde en sık görülen litoloji killi silttir, bunu kumlu silt, silt, siltli kum ve kum takip eder. 2. Organik Karbon ve Karbonat Fethiye Limanı sedimentlerinde toplam organik karbon değerleri % arasında değişmektedir. Akdeniz için saptanmış organik karbon değerleri ise % arasındadır (Emelyanov, 1972). Saptanan bu yüksek organik karbon değerleri Fethiye Limanı na boşalan büyük dereler ve tahliye kanallarının getirmiş olduğu karasal kökenli organik maddenin sonucu olabilir. Bu karasal kökenli malzeme yöre halkı tarafından ve bölgede bulunan seralar ile sebze meyve hallerinden çıkan atıkların dere ve tahliye kanallarına verilmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Fethiye Limanı sedimentlerinin karbonat içeriği % ile % arasında değişmektedir. Ağır Metal Dağılımları Fethiye Limanı sedimentlerinde saptanan ağır metaller dünya geneli ortalama şeyl değerleri ile kıyaslandığında; Cu ve Zn konsantrasyonları ortalamanın altında kalmakta, Mn ve Fe konsantrasyonları ortalamaya yakın sonuçlar vermekte, Co, Cr, Pb ve Ni konsantrasyonları ise ortalamanın 4-20 katına ulaşmaktadır (Tablo 1). 431

5 Tablo 1. Sedimentte ölçülen min.-max. metal değerleri ve ortalama şeyl değerleri Table 1. Measured min.-max. values of metals in sediment and average shale values. Cu Zn Fe Co Cr Pb Mn Ni Ölçülen min. değer Ölçülen max. değer Ortalama şeyl değerleri Bu araştırmada incelenen tüm metaller başlıca Paçarız Burnu doğusundaki basende en yüksek değerine ulaşmaktadır. Çalışma alanı doğu kıyısı boyunca denize boşalan dereler ve tahliye kanallarında D.S.İ. tarafından saptanan yüksek metal konsantrasyonları göz önüne alındığında, çalışma alanı baseninde metal birikiminin kaynağı daha iyi anlaşılmaktadır. Ayrıca, çalışma alanının güneybatısında yer alan kısıtlı bir su sirkülasyonuna sahip olduğu düşünülen nispeten kapalı alanda Cu, Zn, Co, Pb, Fe, Mn konsantrasyonları, Burnu doğusundaki basene benzer şekilde en yüksek değerlere ulaşmaktadır. Buraya boşalan belirgin bir kaynağın bulunmaması, körfez içi su sirkülasyonunun bu alanda kesintiye uğrayarak malzeme birikimine sebep olduğunu düşündürmektedir. Çalışma alanında, incelenen tüm metallere ait en düşük konsantrasyonlar, kuzeyinde kalan açık deniz ortamında gözlenmektedir. Sedimentolojik ve hidrodinamik özellikleri iç körfezden oldukça farklı olan bu ortamdaki düşük metal içerikleri, ortama giren metal konsantrasyonlarının düşüklüğü, sediment tane boyutunun büyüklüğü, organik madde içeriğinin azlığı, karbonat içerikliklerinin yüksekliğinden kaynaklanmaktadır. Sedimentlerde gözlenen tüm metal konsantrasyonları değerleri ile sedimentin kum fraksiyonu arasında negatif, silt ve kil fraksiyonu arasında ise yüksek pozitif korelasyon, katsayısı bulunmaktadır. Bu durum metallerin ince taneli sediment fraksiyonunda zenginleştiğini göstermektedir. Çalışma alanındaki tüm metal konsantrasyonları ile organik karbon değerleri arasında yüksek pozitif korelasyon bulunurken, karbonat içerikleri arasında negatif korelasyonlar belirgindir. Bu durum; organik maddenin metal için bir taşıyıcı, karbonatın ise seyreltici unsur olduğunu göstermektedir. Çalışma alanı çevresinde bulunan maden yataklarını da içeren bazikultrabazik kayaçlar ve D.S.İ. tarafından yüksek metal konsantrasyonları içerdiği saptanmış; çalışma alanı doğu kıyısı boyunca denize boşalan dereler ve tahliye kanalları vasıtasıyla körfeze olan girdiler ortalama şeyl değerini çok aşan metal konsantrasyonlarının kaynağıdır. Bölgede bulunan bu maden yatakları ortomagmatik (bazik ve ultrabazik kayaçlara bağlı) yataklardır. Bu yataklarda öncelikle Cr, Pt grubu, Fe, Ti, Ni, Co ve C gibi siderofil elementlerin yığışımı söz konusudur. Bu durum ortalama şeyl değerini çok aşan Co, Cr, Pb, Ni metal konsantrasyonları için bir kaynak olarak gösterilebilir. Bu çalışma sırasında Fethiye Limanından sanayileşme öncesi dönemi yansıtan örnek alınamamıştır. Bu yüzden Limanda ağır metal kirliliğinden söz edecek yeterli veri bulunmamaktadır. Fakat bölgedeki dereler ve tahliye kanallarının taşıdığı suların göstermiş olduğu yüksek ağır metal içerikleri körfez için tehlike yaratacak boyutlardadır ve bu metaller canlılar için toksik etkileri bulunan metallerdir. 432

6 Ovacık Cu (ppm) Ovacık Zn (ppm) 36 3 Salha Deres 36 3 Ovacık Fe (ppm) Şekil 2.Çalışma alanı sedimentlerinde Cu, Zn, Fe ve Co dağılımları Figure 2. Distribution of Cu, Zn, Fe and Co in study area sediments Ovacık T-2 Kanal Co (ppm 433

7 Ovacık Cr (ppm) Ovacık Pb (ppm) Ovacık Mn (ppm) Şekil 3. Çalışma alanı sedimentlerinde Cr, Pb, Mn ve Ni dağılımları Figure 3.Distribution of Cr, Pb, Mn and Ni in study area sediments Ovacık Ni (ppm) KAYNAKLAR Bordovskiy, O.K., 1965, Accumulation and transformation of organic substances in marine sediments. Summary and introduction. Marine Geology, 3, 3-4. Carver, 1971, Procedures in sedimanter petrology. Wiley. Coquery, M., Welbourn, P.W., 1995, The relationship between metal concentration and organic matter in sediments and metal concentration in the aquatic macrophyte Eriocaulon septengulare. Water Res., 29, DSİ (Devlet Su İşleri) 21. Bölge Müd., 1995, Fethiye Körfezi Kirlilik Raporu. Aydın. (Yayınlanmamış). 434

8 Emelyanov, E.M., 1972, Principal types of recent bottom sediments in the Mediterranean Sea- Their mineralogy and geochemistry. Förstner U., Wittman, G.T.W., 1979, Metal Pollution in the aquatic environment. Berlin: Springer. Förstner, U., Wittman, G.T.W., 1983, Metal pollution in the aquatic environment. Berlin: Springer Verlag. Gaudette, H.E., Flight, W.R., Toner, L., Folger, D.W., 1974, An inexpensive titration method for the determination of organic carbon in recent sediments. J. Sedimantery Petrology, 44, Grimaldi, F. S., 1966, Determination of carbondioxide in limestone and dolomite by acid-base titration. U.S. Geol. Prof. Pap. 550 B, Karageorgis, A.P., Siolulas, A.I., Anagnostou, C.L., 2001, Use of surface sediments in Pagassitikos gulf, Greece, to detect anthropogenic influence. Geo-Mar Lett, 21, Kennish, M.J., 1997, Estuarine and marine pollution. Lin, J.G., Chen, S.Y., 1997, The relationship between adsobtion of heavy metal and organic matter in river sedimens. Environment İnternational, 24, Millward, G.E., Rowley, C., Sannds, T.K., Howland, R.J.M., Pantiulin, A., 1999, Metals in the sediments and mussels of the Chupa Estuary (White Sea) Russia. Estuar. Coast. Shelf. Sci., 48, Nienhius, P.H., 1981, Marine organic Chemistry. Piper, D.J.W., 1974, Manuel of sedimentological techniques. Dalhousie Univ. Publ. Romankevich, E.A., 1984, Geochemistry of organic matter in the ocean. Berlin, Heidelberg, New York: Springer and Verlag. Rosental, R., Eagle, G.A., Orren, M.J., 1985, Trace metal distribution in differant chemical fractions of nearshore marine sediments. Estuarine, Coastal and shelf Sci., 22, Shepard, F.P., 1954, High velocity turbidity currents, a discussion. Royal Soc. London, Proc., 222, Solomons, W., Förstner, U., 1984, Metals in the hydrocyle. Berlin: Springer. Tessier, A., Campbell, P.G.C., Bisson, M., 1979, Sequential exraction procedure for speciation of particulate trace metals. Anal. Chem., 51, TSE (Türk Standartları Enstitüsü), 1987, İnşaat Mühendisliğinde zemin deneyleri. Ankara. 435