EGE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ (YÜKSEK LİSANS TEZİ) İZMİR ORTA KÖRFEZDEKİ PLANKTONİK ORGANİZMALARDA Pb-210 VE Po-210 DÜZEYLERİNİN AYLIK DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ Ebru TATAR Nükleer Bilimler Anabilim Dalı Bilim Dalı Kodu: 622.01.01 Sunuş Tarihi: 05.02.2007 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Güngör YENER Bornova-İZMİR
II
III Sayın Ebru TATAR tarafından yüksek lisans tezi olarak sunulan "İzmir Orta Körfezdeki Planktonik Organizmalarda Pb-210 Ve Po-210 Düzeylerinin Aylık Değişiminin İncelenmesi" başlıklı bu çalışma E.Ü. Lisansüstü Eğitim ve Öğretim Yönetmeliği ile E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Eğitim ve Öğretim Yönergesi nin ilgili hükümleri uyarınca tarafımızdan değerlendirilerek savunmaya değer bulunmuş ve 05.02.2007 tarihinde yapılan tez savunma sınavında aday oybirliği ile başarılı bulunmuştur. Jüri Üyeleri: İmza Jüri Başkanı : Prof.Dr. Uğur SUNLU... Raportör Üye: Doç.Dr. Aysun UĞUR Üye : Prof.Dr. Güngör YENER.
IV
V ÖZET İZMİR ORTA KÖRFEZDEKİ PLANKTONİK ORGANİZMALARDA Pb-210 VE Po-210 DÜZEYLERİNİN AYLIK DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ TATAR, Ebru Yüksek Lisans Tezi, Nükleer Bilimler A.B.D Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Güngör YENER Şubat 2007, 96 sayfa Deniz canlılarının, insanlar tarafından alınan radyasyon dozuna önemli katkıda bulunan 210 Po u yüksek konsantasyonda içerdiği literatürde pek çok çalışmada gösterilmiştir. Deniz ekosistemindeki doğal radyonüklidler üzerine yapılan çalışmalar sayesinde denizlerdeki besin zinciri ile radyonüklidlerin insanlara transfer mekanizması anlaşılabilir. Planktonik organizmalar deniz ortamlarında radyonüklidlerin dinamiği ve taşınmaları için önemlidir ve çeşitli radyonüklidleri yüksek konsantrasyonlarda biriktirebilirler. Bu özellikleri planktonik organizmaların sularda radyonüklid biyomonitörü olarak kullanılmalarına olanak sağlar. Bu çalışmada, plankton kepçesi (45 µm göz açıklığına sahip) ile Urla-İzmir den toplanan plankton örneklerinde 210 Po ve 210 Pb konsantrasyonları mevsimsel periyotlarla tayin edilmiştir. Örneklemeden sonra 120 µm lik plankton bezi ve 0.45 µm membrane filtreden süzülen ve etüvde kurutulan örneklere daha sonra radyokimyasal işlemler
VI uygulanmış ve polonyum elektrokimyasal depozisyon yöntemi ile bakır diskler üzerine toplanmıştır. 210 Po un alfalarının ölçülmesinde, silikon yarı-iletken ve PIPS dedektörlü iki ayrı alfa spektrometresi kullanılmıştır. İlk depozisyondan sonra kalan çözeltiler, 210 Po ve 210 Pb un dengeye gelmesi için yaklaşık 12 ay bekletilmiştir. Çözeltide tekrar edilen ikinci depozisyondan sonra ölçülen 210 Po aktivitelerinden 210 Pb aktiviteleri hesaplanmıştır. İlkbahar ve yazın ilk aylarında 210 Po aktivite konsantrasyonu diğer aylara kıyasla daha yüksek bulunmuştur. Maksimum 210 Po konsantrasyonu 223 ± 5 Bq kg -1 (kuru kütle) olarak 0.45-120 µ m aralığındaki ve minumum aktivite 40 ± 6 Bq kg -1 (kuru kütle) olarak 120 µ m plankton örneklerinde gözlenmiştir. Bunun küçük organizmalarda konsantrasyon faktörünün yüksek olmasından kaynaklandığı söylenebilir. Plankton örneklerinde tayin edilen 210 Pb aktivite konsantrasyonlarının 19± 3-103 ± 8 Bq kg -1 (kuru kütle) aralığında değiştiği gözlenmiştir. Anahtar sözcükler: Plankton, Urla-İzmir, 210 Po, 210 Pb, biyoizleyici.
VII ABSTRACT THE INVESTIGATION OF MONTHLY CHANGES OF Pb-210 AND Po-210 LEVELS IN PLANKTONIC ORGANISMS OF IZMIR MIDDLE BAY TATAR, Ebru MSc in Department of Nuclear Sciences ( Physics ) Supervisor: Prof. Dr. Güngör YENER February 2007, 96 pages Marine biota have been found to contain high concentrations of 210 Po, which is considered to be the major contributor to radiation dose consumed by man. Studies on natural radioactivity in marine ecosystems offer considerable scope for understanding the mechanism of radioactivity transfer to man through the marine food chain. Planktonic organisms are important in the dynamics and transport of radionuclides in the marine environments and also they can accumulate various radionuclides in elevated concentrations in their bodies so this ability has provide their use as biomonitors of radionuclides in waters. In this work, 210 Po and 210 Pb radionuclide concentrations in plankton samples collected with a plankton net (45µm nylon mesh ) from Urla-İzmir are determined seasonally. After collecting, the samples were filtered trough 120 µm nylon mesh and 0.45 µm membrane filters and oven dired. After radiochemical processes performed using
VIII electrochemical deposition technique, polonium was collected on the copper disks. Two different alpha spectrometers, one with surface-barrier Si detector and other with passivated implanted planar silicon (PIPS) detector were used for alpha measurements of 210 Po activity concentrations. The solutions were left for approximately 12 months to allow the ingrowth of 210 Po from 210 Pb. The solutions were then used for second depositions and 210 Pb activities were calculated from the measured 210 Po activies. In spring and early summer periods, the activity concentrations of 210 Po were found to be higher than those of other months. The maximum 210 Po was measured as 223±5 Bq kg -1 (dry wt) for the samples 0.45-120 µm range and the minimum activity was found as 40 ± 6 Bqkg -1 (dry wt) in the samples with size >120µm. This could be because concentration factors are larger in smaller organisms. The activity concentrations of 210 Pb in the samples studied were found to vary between 19± 3-103 ± 8 Bq kg -1 (dry wt). Keywords: Plankton, Urla-İzmir, 210 Po, 210 Pb, biomonitor.
IX TEŞEKKÜR Tezimin her aşamasında büyük bilimsel destek gördüğüm, derin bilgi ve görüşleri ile çalışmalarıma yön veren ve her imkânı sağlayan çok değerli tez hocam Sayın Prof. Dr. Güngör YENER e teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmam süresince daima bana yardımcı olan, sabrı ve anlayışı ile daima yüreklendiren Sayın Doç. Dr. Aysun UĞUR a içtenlikle teşekkür ederim. Her türlü çalışma olanağı sağlayan Enstitü Müdürümüz Sayın Prof. Dr. Meral ERAL e teşekkürlerimi sunarım. Örneklerin tür tayinlerini yapan, bilgi ve birikimleriyle çalışmaya destek olan Ege Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi öğretim üyeleri Sayın Prof. Dr. Tufan KORAY a, Prof. Dr. Uğur SUNLU ya ve Ar. Gör. Fatma Ç. SABANCI ya, arazi çalışmalarında ve örneklerin alımında yardımcı olan Ege Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi Dekan Yardımcısı Doç.Dr. Mesut ÖNEN e teşekkür ederim. Her konuda yardımcı olan Ar. Gör. Banu ÖZDEN e, çalışma grubundaki tüm arkadaşlarıma işbölümü ve yardımlarından dolayı ve Enstitümüzün akademik ve idari personeline teşekkür ederim. Yaşamım ve eğitim hayatım boyunca yanımda olan ve her an desteklerini hissettiğim ANNE ve BABAMA teşekkür ederim. Tüm öğrenim hayatımda hep yanımda olan ablam ve abime ve tez çalışmam süresince desteğini benden esirgemeyen enişteme teşekkürü bir borç bilirim.
X İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... V ABSTRACT... VII TEŞEKKÜR...IX ŞEKİLLER DİZİNİ...XIV ÇİZELGELER DİZİNİ... XV 1. GİRİŞ... 1 2. GENEL BİLGİLER... 13 2.1. 210 Po un Genel Özellikleri... 13 2.1.1. Akuatik Ortamda 210 Po... 15 2.1.2. Deniz Organizmalarında 210 Po... 18 2.2. 210 Pb un Genel Özellikleri... 20 2.2.1 Akuatik Ortamlarda 210 Pb... 21 2.3. Plankton... 23 2.4. Plankton Populasyonlarında Mevsimsel Değişimler... 29 2.5. Planktonik Organizmaların Radyonüklidlerin Dinamiği ve Taşınımındaki Önemi... 34 2.6. Mevsimsel Değişimlerin Planktonik Organizmalardaki Radyonüklid ve Metal Biyobirikimine etkisi... 39 2.7. Metal ve Radyonüklidlerin Deniz Organizmalarındaki Biyobirikimi... 41
XI İÇİNDEKİLER (Devamı) Sayfa 3. MATERYAL VE METOD...45 3.1. Örnek Toplama Alanı...45 3.1.1. İzmir Körfezinin sıcaklık, tuzluluk ve yoğunluk profilleri...48 3.2. Örnek Toplama...50 3.3. Örneklerin hazırlanması...53 3.4. Radyokimyasal İşlem...53 3.5. Depozisyon...55 3.6. Yarı İletken Dedektörlerin Genel Özellikleri...56 3.6.1. Silikon Yarı İletken Yüklü Parçacık Dedektörü...57 3.6.2. Canberra Model 7401 Alfa Spektrometresi ve PIPS Dedektör...58 4. SONUÇLAR...59 5. TARTIŞMA...65 6. ÖNERİLER...75 KAYNAKLAR DİZİNİ...76 ÖZGEÇMİŞ...96
XII
XIII ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil Sayfa 2.1. U-238 in bozunum şeması...14 2.2. Yeryüzü ile atmosfer arasındaki radyonüklid döngüsü...16 2.3. Denizlerde besin zinciri...24 2.4. Ciliate (mikron boyutunda) ve Porpita ( 10cm )...25 2.5. Fitoplankton (C.Radiatus) ve Zooplankton (Copepod)...26 2.6. En büyük memeli olan balinaların planktonla beslenmesi...27 2.7. Red-tide Olayı...30 2.8. Plankton miktarı ve uygun gün ışığındaki değişiklikleri izleyen ideal diagram ve ılık-kuzey rüzgarlı mevsimdeki besleyiciler...30 2.9. Bölgelere göre, fitoplankton ve zooplankton miktarının mevsimsel değişimi: a) Kutupsal b) Ilıman c) Tropik...33 2.10. Fransız Polinezyası sularındaki zooplankton örneklerinde bulunan 210 Po konsantrasyonunun, zooplankton biyokütlesine bağlı grafiği...44 3.1. Örnekleme yerinin haritası...46 3.2. Örnekleme yerinin iki boyutlu uydu fotoğrafı...47 3.3. Örnekleme yerinin üç boyutlu uydu fotoğrafı...47 3.4. Deniz yüzeyinden plankton kepçesi ile yatay çekim...50 3.5. Plankton kepçesi ile örnek toplama işlemi...51 3.6. Membran filtre yöntemi...53 3.7. Örneklere uygulanan radyokimyasal işlemler...54 3.8. Depozisyon işlemi...56 3.9. Silikon yarı-iletken yüklü parçacık dedektörü şeması...57
XIV ŞEKİLLER DİZİNİ (Devamı) Şekil Sayfa 4.1. >120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Po aktivite konsantrasyonlarının mevsimsel değişimi... 59 4.2. 0.45-120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Po aktivitekonsantrasyonlarının mevsimsel değişimi... 61 4.3. >120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Pb aktivite aktivite konsantrasyonlarının değişimi... 63 4.4. 0.45-120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Pb aktivite konsantrasyonlarının değişimi... 64 5.1. Ocak96- Ocak97 arası kuzey Wales kıyılarından (İngiltere) toplanan örneklerden 210 Po aktivite konsantrasyonu... 67 5.2. Kuzey Wales tan toplanan Littorina Littorea (deniz salyangozu) nın tüm yumuşak dokularında daki 210 Po aktivitesi... 68
XV ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge Sayfa 1.1. Fitoplankton ve yumuşakcalardaki bazı doğal radyonüklidler...7 1.2. Farklı kaynaklardan derlenen çeşitli deniz organizmalarındaki 210 Po konsantrasyonlarının ortalama değerleri...8 1.3. Yiyecekler ve havada 210 Po miktarı...9 2.1. Deniz yüzey sularında doğal 210 Po seviyeleri...17 2.2. Ege Denizinde farklı noktalardan alınan balık, midye ve sediment örneklerindeki Po-210 aktivite konsantrasyonları...20 2.3. Deniz yüzey sularında doğal 226 Ra ve 210 Pb seviyeleri...23 2.4. Bazı radyonüklidlerin konsantrasyon faktörleri...36 2.5. Akdeniz makroplanktonunda, bunların dışkılarında ve yiyeceklerindeki radyonüklid seviyeleri...37 3.1. Urla plankton örneklerinin mevsimsel dağılımı...52 4.1. >120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Po aktivite konsantrasyonları...60 4.2. 0.45-120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Po aktivite konsantrasyonları...62 4.3. >120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Pb aktivite konsantrasyonları...63 4.4. 0.45-120 µm planktonik organizma örneklerinde 210 Pb aktivite konsantrasyonları...64 5.1. 210 Po, 239,240 Pu ve 241 Am konsantrasyon faktörleri...69
XVI ÇİZELGELER DİZİNİ (Devamı) Çizelge Sayfa 5.2. Balık, midye ile yapılan diğer çalışmalarla planktonik organizmalardaki 210 Po konsantrasyonunun karşılaştırılması... 71 5.3. Ege Denizinde farklı noktalardan alınan balık, midye ve sediment örneklerindeki 210 Pb aktivite konsantrasyonları... 73 5.4. Kıyı sedimentlerinde toplam 210 Pb aktivite konsantrasyonlarının mevsimsel değerleri.... 74
1 1. GİRİŞ İnsanoğlu yüzyıllardan beri denizlerin kendisine cömertce sunduğu sınırsız zenginliklerden yararlanmaktadır. Okyanus ve denizlerin sahip olduğu büyük hacim göz önüne alındığında bu zenginlikler hiç bitmeyecek gibi görünmektedir. Fakat günümüzde deniz ekosistemine insanlar tarafından üretilen her türlü kirleticinin son durağı olarak bakılmaktadır. Endüstrileşme, nüfus artışı ve buna bağlı olarak yoğun nüfusa sahip olan deniz kıyılarında yetersiz planlanmış atık su deşarjları, petrol rafinerileri, termik santraller gibi endüstri kuruluşlarında bulunan eski teknolojili desarj sistemleri, ara ürün olarak kullanılan kimyasallar, boyalar, dezenfektanlar, ilaçlar ve diğer pek çok imalat sanayi yan ürünleri özellikle akuatik ortamlarda gün geçtikçe artan bir kirliliğe neden olmaktadır. Akuatik ortamlara kuru ve yaş çökelme şeklinde havadan giren radyoaktif kirleticiler, ayrıca akarsular yoluyla da denizlere taşınmaktadır. Diğer taraftan Çernobil kazasında olduğu gibi kontamine olmuş toprakların erozyonla denizlere taşınması da bu ortamların kirlenmesinde etkili olmaktadır (Güven ve Öztürk, 2005). Denizlere karışan atıklar, deniz ürünleri ile beslenen insanlara kolaylıkla ulaşabilmektedir. Deniz ürünleri tüketen milyarlarca insanı doğrudan etkilemesi nedeniyle, denizlerdeki radyoaktif kirlilikle ilgili yapılan araştırma ve incelemeler büyük önem taşımaktadır.
2 Akuatik ortamlardaki radyoaktivite doğal ve yapay radyoaktif çekirdeklerden kaynaklanmaktadır. Denizlerdeki doğal radyoaktivitenin en büyük kısmını uranyum, toryum serisi ürünleri ve 40 K izotopu oluşturmaktadır. Ayrıca 137 Cs, 239 Pu, 125 I, 99 Tc ve 90 Sr gibi yapay radyonüklidler de denizlerdeki radyoaktif kirliliğe sebep olurlar (Wildgust, et al., 1998; Fuhrmann, et al.,2001). Özellikle akuatik ortamlarda, fosfat işleme tesislerinin çoğalması, yapay gübre, deterjan, pestisit ve fosil yakıt kullanımına paralel olarak doğal radyonüklid konsantrasyonları hızla artmaktadır (Topçuoğlu,2005). Uranyum içeriği yüksek olan kömürlerle çalışan santral atıklarında, radyonüklid konsantrasyonu çok daha fazladır. İnorganik bileşenler farklı boyutlarda partiküller halinde cüruf, dip külü, uçucu kül ve baca gazları içinde konsantre olur. Bu partiküller içinde özellikle uranyum serisi radyonüklidleri, radyoaktif kirliliğe neden olan en önemli kaynaklardır (Yener and Uysal, 1995). Örneğin, 1 gigawatt güçle çalışan bir termik santralde kullanılan kömürden çevreye yılda 10 9-10 11 Bq 220 Ra ve 222 Rn, 10 8-10 9 Bq de 210 Pb, 210 Po, 226 Ra, 232 Th ve 238 U verilmektedir (Baxter,1993; Uğur, 1998). Denizlerdeki yapay radyoaktivite kaynakları arasında ise; atmosferdeki nükleer denemeler, geçmişte depolanmış nükleer atıklar, nükleer kazalar, radyoaktif kaynakların kaybolması, güç kaynağı olarak radyoizotop kullanan uzay mekikleri bulunmaktadır (Uğur, 2004). 1963 ve öncesi nükleer silah testleri ve 1986 yılındaki Çernobil kazası sonucunda geniş miktarda yapay radyonüklid kısa zamanda atmosfere yayılmıştır. Deniz çevresindeki yapay radyonüklidlerin dağılım ve
3 davranışlarını açıklamak için 90 Sr, 137 Cs ve kullanılmaktadır (Livingstone ve Povinec, 2000). 239+240 Pu izotopları Ekosistemlerdeki radyasyon dozuna önemli katkıda bulundukları için doğal radyonüklidlerin oluşma basamakları ile ilgili bilgiler önemlidir (Hameed, 1997). Uranyum serisi ürünleri ( 226 Ra, 210 Pb, 210 Po) ve toryum serisinin ürünü olan 228 Ra in çeşitli ortamlardaki birikim davranışları ve toksikolojik etkileri incelenmelidir. Uranyum bozunum serisine ait doğal radyonüklidler olan 210 Pb ve 210 Po, deniz suyunda çözünebilir kararlı forma sahip olmayan element izotopları olduklarından, okyanuslarda en kısa kalış zamanına sahip gruplar içersinde yer almakta ve bu özellikleri sayesinde deniz biojeokimyasında doğal izleyiciler olarak kullanılmaktadır. Ana radyonüklidi 210 Pb olan 210 Po okyanuslarda düzenli bir dağılım göstermesine rağmen akuatik ortamdaki ve organizmalardaki birikim değerleri farlılıklar gösterir (Carvalho,1995 ). Yayımladığı doğal alfalar nedeniyle yaşam için toksik bir element olan 210 Po, parçacık reaktiftir. Alfa radyasyonu pozitif yüklü olup ışıması kısa mesafelidir bu nedenle organizmaya dışarıdan küçük miktarlarda nüfuz eder, iç alfa radyasyonu organizmaya zarar verebilir. Alfa parçacıkları taşınma mesafelerinde büyük enerji kaybına uğrarlar böylece yüksek iyonizasyon yoğunluğuna sahiptir. Alfa parçacıkları yüksek lineer enerji transferine sahiptir (LET) ve bu nedenle hücre ve dokuları tahrip etme potansiyeli yüksektir.
4 210 Pb ve 210 Po un her ikisi de sularda çoğunlukla çözünmüş (<0,2µm) halde bulunur (sırasıyla %90 ve %80). 210 Po genellikle 0.4 µm den daha küçük parçacıklarla birleşir (Cherry and Heyraud, 1988). 210 Po un parçacık (>0,2µm) ve çözünmüş fazlar arasındaki ayrışması ile ilgili çalışmalar, bu elementin Pb gibi parçacık-reaktif, yani parçacıklarla birleşme eğiliminde olduğunu gösterir (Fisher ve Stewart, 2003b). Bu nedenle organizmalarda güçlü şekilde birikerek besin zincirine katılır (Cherry and Shannon, 1974; Parfenov, 1974; Heyraud and Cherry, 1979; Skwarzec, 1988). Plankton terimi, su içinde serbest yaşayan küçük canlı grupları için kullanılır. Bu canlıların hareket yetenekleri yoktur, bulundukları su kütlesinde az veya çok pasif olarak taşınırlar. Fitoplankton (bitkisel) ve zooplankton (hayvansal) olmak üzere iki gruba ayrılırlar (Özel, 2005). Plankton akuatik ortamdaki radyonüklidlerin dinamiği ve taşınımında son derece önemlidir (Jeffree, et al.,1997). Plankton deniz suyunda bulunan radyonüklidler içersinde 210 Po u tercihen adsorbe ederler. Tek hücreli organizmalar olan plankton, partikül materyallerle absorblanabilen 210 Po u çok hızlı bir şekilde bünyelerine alıp uzun süre tutabilirler (Boisson et al., 2001). Fitoplankton ve zooplankton, her yerde ve çok fazla sayıda bulunmaları nedeniyle, dünya çapında deniz biyokütlesinin en geniş fraksiyonunu oluştururlar, bu yüzdende okyanuslardaki iz metallerin ve radyonüklidlerin biyojeokimyasal çevriminde önemli yere sahiptirler (Özel, 2005). Çeşitli radyonüklidleri vücutlarında tutabildiklerinden biyomonitör olarak kullanılan (Jeffree, et al.,1997; Carvalho,1995; Fowler, 2002) plankton denizlerdeki gıda zincirinin ilk halkasını
5 oluştururlar (Egemen ve Sunlu,1999). Bu halka sırasıyla fitoplankton, zooplankton, küçük ve büyük balıklardan ve kabuklulardan oluşmaktadır. Planktonla beslenen balıklar ve diğer deniz ürünleri aracılığıyla radyoaktivitenin insana geçişi mümkün olur (Carvalho,1995; Uğur, 1998). Gıda zincirinin bu ilk halkasındaki kirlenme öncelikli olarak insanı etkiler (Egemen ve Sunlu,1999). Besin zincirinin üst seviyelerinde bulunan su canlılarının dokularında, sindirim yoluyla gerçekleşen element konsantrasyonu artışı radyonüklid veya metal biyoçoğalımı olarak tanımlanabilir. Elementin biyobirikimi ve sonunda gerçekleşen biyoçoğalımı için transfer yolu kontamine avların vücuda alımıdır. Doğal bir radyonüklid olan 210 Po pelajik besin ağında biyoçoğalım gösterir (Heyraud and Cherry, 1979). Son yapılan çalışmalarla uyumlu olarak 210 Po kabuklu zooplanktonda yüksek akümülasyon verimi göstermiştir. (Stewart et al., 2005; Fisher et al., 1995; CIESM, 2002). Okyanuslarda, askıdaki materyalleri oluşturan elemanlardan önemli bir tanesi deniz suyundan kimyasal elementleri alarak ekolojik zincire dahil eden canlı organizmalardır. Radyoaktivite, suda yaşayan canlı organizmalar tarafından ya yüzeyden ya da besinden, adsorbsiyon veya absorbsiyon ile alınabilir. 210 Po un plankton tarafından alımı, onun biyolojik döngüdeki hareketine katkı sağlar. Plankton, radyonüklidleri çok hızlı (birkaç saatten, birkaç güne değişen süreyle) akümüle eder. Plankton, radyoaktivitenin balıktan ve diğer deniz besinlerinden insanlara transferinde akuatik zincirin önemli bir bağlantısını oluşturur (Parfenov,1974).
6 Planktondaki toplam alfa radyoaktivitesine ilişkin araştırmalardan olan bir çalışmada (Parfenov,1974) 12 pci g -1 kuru ağırlık (6,7 pci g -1 zooplanktonda ve 5,1 pci g -1 fitoplanktonda) olarak bulunmuştur. Daha sonra yapılan çalışmalarda zooplanktondaki 210 Po konsantrasyonları 4,7 pci g -1 kuru ağırlık (78 örnekte) ve fitoplanktonda 2,8 pci g -1 kuru ağırlık (20 örnekte) olarak belirlenmiştir. Yaş ağırlıkta ise bunlara karşılık gelen konsantrasyonlar 313 pci g -1 ve187 pci g -1 dir (Her iki tip plankton için ortalama değer 200 pci g -1 (yaş ağırlık) tır. Buna göre deniz suyundan planktona 210 Po için konsantrasyon faktörü 4000 dir. Çalışmanın sonuçları planktonun 210 Po u deniz suyundan yüksek derecede konsantre ettiği göstermektedir. Polonyumun yumuşakçalardaki akümülasyonu fitoplanktondan oluşan başlıca besinlere bağlıdır. Daha yüksek 210 Po konsantrasyonları yumuşakçalarda akümüle olur. Yumuşakçalardaki 210 Po konsantrasyonları, planktonla aynı seviyeye ulaşır (212-900 pci kg -1 ve 420-1080 pci kg -1 ). Yumuşakçalardaki 210 Po/ 210 Pb oranı, 4-23 tür (Parfenov,1974). Woodhead (1984), fitoplankton ve yumuşakcaların içerdikleri bazı doğal radyonüklidlerin konsantrasyonlarını Bq/kg (yaş ağırlık) olarak hesaplamıştır (Çizelge 1.1).
7 Çizelge 1.1. Fitoplankton ve yumuşakcalardaki bazı doğal radyonüklidler (Woodhead 1984) Radyonüklid Fitoplankton Yumuşakçalar 226 Ra 0.74-210 Pb 3.7-26 0.19-0.37 210 Po 15-63 12-52 F.P.Carvalho (1988), deniz organizmalarının çoğunda 210 Po konsantrasyonlarını incelemiştir. 210 Po konsantrasyon miktarlarını canlılar arasındaki besin zincirini göz önüne alarak bulmuştur. Karma zooplanktonda 210 Po konsantrasyonların 34-51 Bq.kg -1 (yaş ağırlık) e kadar ulaştığını, özel gruplar örneğin copepodsların daha yüksek konsantrasyonlara (~ 90 Bq.kg -1 ) vardığını, buna karşılık gelatinous zooplanktonunda daha düşük düzeyler (~ 1 Bq.kg -1 ) gösterdiğini bulmuştur. Karasal organizmalara zıt olarak, birçok deniz türleri yüksek oranda 210 Po ve 210 Pb la zenginleşir. Örneğin fitoplanktonda 210 Po konsantrasyonu 40 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) farklı karides türlerinde 15 den 1700 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) ve balıklarda l den 7000 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) a kadar geniş aralık gösterir (Carvalho, 1993). Global olarak denizlerden insanoğluna ulaşan radyasyonun en önemli kısmını 210 Po oluşturmaktadır (yaklaşık %80), toplam radyasyon dozuna yaptığı katkı, 137 Cs ve 239,240 Pu gibi yapay radyonüklidlerden daha fazladır (Cherry and Heyraud, 1988). Ayrıca insanlar tarafından
8 besin tüketimi yoluyla alınan doğal radyasyonun en önemli kaynağı 210 Po dur. (Bulman et al., 1995; Dahlgaard, 1996; Carvalho, 1997; Stewart and Fisher, 2003b). İrlanda denizlerinde Sellafield nükleer yakıt tahliye işlemleri yapılan bölgede yaşayan organizmalardaki 210 Po konsantrasyonu, antropojenik radyonüklidlerin konsantrasyonlarından daha yüksek seviyede bulunmuştur (Pentreath and Allington, 1988). 210 Po, radyoekolojik bakımdan oldukça ilginçtir ve polonyumun biyolojik etkileşimini anlamak halk sağlığı ve ekolojik denge açısından önemlidir. Çizelge 1.2. Farklı kaynaklardan derlenen çeşitli deniz organizmalarındaki 210 Po konsantrasyonlarının ortalama değerleri (Stewart and Fisher, 2003b). 210 Po miktarı Referans Fitoplankton >148 Bq kg -1 Cherry, 1964 Karides hepatopankreası 3145 Bq kg -1 Cherry and Heyraud, 1981 Midyelerin yumuşak dokuları <700 Bq kg -1 Germain et al., 1995 Midye hepatopankreasları <1026 Bq kg -1 Stepnowski and Skwarzec, 2000 Balıklar <262 Bq kg -1 (pyloric caecum) Clulow et al., 1998 İnsanlar 0.148 Bq kg -1 Cherry, 1964 Portekizliler üzerinde yapılan araştırmada, Portekiz halkının maruz kaldığı 210 Po un %70 ini deniz ürünleri ile aldıkları görülmüştür (Carvalho, 1995). Deniz ürünleri tüketicilerinin ortalama aldıkları efektif doz 85mSv/y dır. Bu değer deniz ürünü tüketmeyenlere göre yaklaşık 3,5 kat fazladır (Wildgust et al., 1998). Çizelge 1.3 de balıklardaki 210 Po
9 aktivite konsantrasyonunun diğer besinlere göre 20-400 kat büyük olduğu görülmektedir. Çizelge 1.3. Yiyecekler ve havada 210 Po miktarı (UNSCEAR 2000 Report, Volume I: Sources) Yiyecekler ve Hava 210 Po Aktivite Konsantrasyonu (mbq kg -1 ) Balık 2000 Et ürünleri 60 Taneli yiyecekler 100 Yapraklı besinler 30 Meyveler 30 Süt ürünleri 60 Su 5 Hava 50 (µbq m -3 ) Birçok ülkede, akuatik ortamlardaki canlı organizmalarda, sedimentlerde ve sularda farklı radyonüklidler ve ağır metal içerikleri düzenli bir şekilde ölçülmektedir. Ülkemizde radyoaktif kirliliğe yönelik Karadeniz ve Marmara Denizi nde çok çeşitli araştırmalar TAEK (Türkiye Atom Enerjisi Kurumu) tarafından yapılmaktadır (Topçuoğlu, 2000). Ege Denizi nde ise kapsamlı bir çalışma bulunmamaktadır genellikle organizma ve sedimentlerde ağır metal analizleri yapılmıştır (Sunlu ve ark., 1999). İzmir Körfezi ekosistemine ait bazı organizmalar ve sedimentlerde ağır metal analizleri ile ilgili 1982 yılında Uysal ve
10 Tuncer, 1990 yılında Demirkurt ve arkadaşları, 1994 yılında Balcı ve Küçüksezgin tarafından yapılmıştır (Küçüksezgin, et al., 2002). Ege Üniversitesi Fen Fakültesi ne bağlı Hidrobiyoloji Enstitüsü nün 1970 li yıllarda kurulmasından sonra bu enstitü elemanları İzmir Körfezi odak olmak üzere Ege Denizi nin plankton, bentos ve balıkları üzerinde pekçok yayın yapmışlardır (Kocataş ve Bilecik, 1992; Sekkin, 2000). Son 15 yıldırda Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü ne ait K.Piri Reis araştırma gemisi ile Ege Denizi nde jeolojik, sismik, oseanografik ve biyolojik araştırmalar özellikle proje çalışmaları (UNEP, TÜBİTAK) şeklinde sürdürülmektedir (Kocataş ve Bilecik,1992). Ege Denizi Türkiye kıyılarının radyoaktif kirlilik açısından incelenmesi çalışmalarına 1992 de Enstitümüzde başlamıştır. Bugüne kadar çeşitli organizmalarda ve sedimentlerde bazı radyonülid ve ağır metal dağılımlarına ilişkin çalışmalar yapılmış ve yayınlanmıştır. Bu çalışmalardan bazıları aşağıda belirtilmiştir. Enstitümüzde bu konuda yapılan ilk yüksek lisans çalışmasında İzmir Körfezi nin değişik bölgelerinden alınan farklı balık örneklerinde bazı radyoaktif elementlerle ağır metallerin tayini yapılmıştır (Özkaya, 1992). Bir başka yüksek lisans çalışmasında Ege Denizi ndeki midyelerde radyoaktif polonyum düzeyinin elektrokimyasal depozisyon yöntemi ile ölçümü yapılmıştır (Sekkin, 2000).
11 Uğur ve Yener (200la, b), Gökova Körfezi nden toplanan sediment kor örneklerinde 210 Pb konsantrasyonlarının derinliğe bağlı değişimini inceleyerek, bölgedeki yüksek atmosferik 210 Pb akısına işaret etmişlerdir. Yine aynı bölgede yaptıkları bir başka çalışmada deniz sedimetlerinde 241 Am, 137 Cs ve plutonyum izotoplarının konsantrasyonlarını tayin etmişlerdir. Uğur ve arkadaşları (2002), Ege Denizi nden toplanan midyelerde iz metal ve 210 Po( 210 Pb) konsantrasyonlarını incelemişler, en yüksek 210 Po konsantrasyonlarını Foça dan toplanan örneklerde tayin etmişlerdir. Ege Denizi Milos Adası açıklarında hidrotermal bir alanda yaptıkları bir çalışmada sediment korlarında 210 Po, 210 Pb ve 137 Cs değişimlerini derinliğe bağlı olarak incelemişlerdir (Uğur ve Miquel, 2003). Saçan (2004), tarafından yapılan yüksek lisans tezinde İzmir Körfezi yüzey sedimentlerinde ve kara midyede (Mytilus galloprovincialis) 210 Pb ve 210 Pb birikiminin periyodik araştırılması yapılmıştır. Arslan (2005), tarafından yapılan yüksek lisans tezinde Ege Denizi nin farklı bölgelerindeki plankton örneklerinde 210 Po birikimi incelenmiştir. Plankton örneklerindeki 210 Po aktivite konsantrasyonları 7±5-232±20 Bqkg -1 (kuru ağırlık) aralığında bulunmuştur. Gönülalan (2006), tarafından yapılan yüksek lisans tezinde atmosferik radyoaktif kurşun akısı kirliliğini değerlendirmek için Ege
12 Denizi kıyı sedimentlerinde denge üstü 210 Pb birikimini alfa ve gama spektroskopisi ile incelenmiştir. İçhedef (2006), tarafından yapılan çalışmada İzmir Körfezi sediment korlarında radyoaktif kurşun dağılımı belirlenmiş ve ilk defa körfezde sedimentasyon hızları tayin edilmiştir. Enstitümüzde bu konuda yapılan en son yüksek lisans tezinde (Mat Çatal, 2006), Ege Denizi nde en çok tüketilen balık türlerindeki 210 Po ve 210 Pb konsantrasyonları tayin edilmiştir. Planktonla beslendiği bilinen sardalya ve hamsideki 210 Po konsantrasyonunun diğer balıklardan 4-5 kat yüksek olduğu saptanmıştır. Deniz ekosistemindeki doğal radyonüklidler üzerine yapılan çalışmalar sayesinde denizlerdeki besin zinciri ile radyonüklidlerin insanlara transfer mekanizması anlaşılabilir (Fowler,2002). Bu çalışmada besin zincirinin ilk basamağı olan İzmir Orta Körfezdeki planktonik organizmalarda 210 Pb ve 210 Po düzeylerinin mevsimsel değişiminin incelenmesi ilk kez yapılmıştır.
13 2..GENEL BİLGİLER 2.1. 210 Po un Genel Özellikleri 1898 yılında Marie Curie and Pierre Curie tarafından keşfedilen polonyum, ismini Curie'nin memleketinden almıştır. Polonyum periyodik tablonun VI-A grubunda yer alan, gümüşsü gri ya da siyah renkli radyoaktif bir elementtir. Polonyum atom numarası 84, atom ağırlığı 210, erime noktası 254 0 C, kaynama noktası 962 0 C, yoğunluğu 9.32 g cm - 3 dür. Kütle numarası 192 ile 218 arasında değişen 27 civarında izotopu vardır ve tamamı radyoaktiftir (Wildgust, et al 1998). Yarı ömürleri saniyenin kesirleri ile 103 yıl arasında değişen izotopların büyük çoğunluğu alfa yayıcıdır ve kısa ömürlüdür. Bu izotoplar içinde en önemlisi olan 210 Po, 238 U un bozunum serisi ürünlerindendir ve kısa yarı ömrü ile güçlü bir radyoaktif atomdur. Bozunum serisi içindeki en önemli ana radyonüklidler 226 Ra, 222 Rn ve polonyumun ana radyonüklidi 210 Pb dur. Yarı ömrü 138.4 gün olan 210 Po, 5.3 MeV enerjili α-tanecikleri yayımlar. Yarı ömrü kısa olmasına rağmen yarı ömrü 22 yıl olan 210 Pb bozunumu ile doğadaki bolluğu kararlı bir şekilde devam etmektedir. Böylece doğadaki 210 Po miktarı büyük ölçüde 210 Pb un miktarına bağlı olmaktadır. 210 Po, radyotoksitesi oldukça yüksek olan bir radyoizotoptur ve buna bağlı olarak biyolojik etkileri 210 Pb a göre daha fazladır. 210 Po un tek bir bozunumundan açığa çıkan eşdeğer doz oranı 210 Pb un bozunumundan açığa çıkan dozdan binlerce defa daha fazladır (Uğur, 1998 ).
14 15 Kütle Numarası Atom Numarası Şekil 2.1. U-238 in bozunum şeması (http://library.tedankara.k12.tr ) 1 mg 210 Po, 5 g 226 Ra un yayımlandığına eş olacak kadar α- tanecikleri yayımlar. Radyuma oranla bin kez daha radyoaktif olan polonyumun, işlenmesi sorun yaratmaktadır. Ayrıca elementin saf halde elde edilmesi de güçtür. Yaklaşık 16 ton uranyum fılizinden yalnızca 3 mg polonyum tuzu elde edilebilir. Bizmut ya da kurşunun nötronlarla veya hızlandırılmış yüklü parçacıklarla bombardımanı sonucunda yapay olarak da üretilir (Sekkin, 2000). Yerkabuğundaki 210 Po toplam miktarı, toplam ağırlığının yaklaşık % 2-3 x10-14 ü kadardır. 1 ton uranyum cevheri, 100 µg 210 Po içerir (10-8 %). Jeofiziksel bakış açısına göre, önemli bozunum enerjisi ve yerkabuğundaki ısı dengesine katkısı dolayısıyla çok önemli bir radyonükliddir (Uğur, 1998).
15 Yalnızca 208 Po, 209 Po ve 210 Po un yarı ömürleri diğerlerine kıyasla daha uzun olduğu için biyomedikal araştırmalarda kullanılabilirler. Ancak bunların içerisinde en çok kullanılan 210 Po dur. Polonyumdan yayınlanan alfalarla ilgilenilmesinin iki temel nedeni vardır; birincisi radon ürünü olmalasıdır ki bu sebeple önemli bir radyasyon dozu oluştururlar, ikincisi ise alfa ışıması yaparak kararlı kurşuna ( 206 Pb) bozunmasıdır. Polonyum, bu özellikleri sebebiyle uygun yan ömür ve yeterli enerjiye sahip bir alfa kaynağı gerektiren pek çok deneysel çalışmada sıklıkla kullanılır (National Research Council,1999). 210 Po, atmosferik araştırmalarda ve sualtı jeolojisinde iz element olarak kullanılmaktadır (Özden, 2003). 210 Po un alfa bozunumu ile yüksek enerji transferi, düşük gama radyasyon intensitesi ve büyük miktarlarda üretimin mümkün olması gibi bir takım özelliklerden dolayı, uzay araçlarında ısınma ve güç jeneratörleri için izotopik kaynak olarak kullanılmaktadır (Uğur, 1998). 2.1.1. Akuatik Ortamda 210 Po U-238 in radyoaktif bozunumunun son alfa yayan (5,3 MeV) ürünü olan 210 Po (t 1/2 =138,4 gün), fosfat maden işletmeleri çevresi ve deniz volkanları tarafından bölgesel olarak daha fazla oluşturulmasına karşın, denizlerdeki 210 Po genel olarak 210 Pb un (t 1/2 =22 yıl) beta bozunumu ile oluşur (LaRock et al., 1996; Rubin, 1997). Denizlerde 210 Po un ana kaynağı 210 Pb un bozunumudur. Böylece 210 Pb un akuatik ortamlardaki kaynakları, aynı zamanda 210 Po un belirleyicisidir. 210 Po un deniz ortamındaki kaynakları:
16 Troposferden yayılan gazların veya katı parçacıkların serpintileri Nehirlerden gelen sediment taşınımı Sedimentlerdeki radyum Deniz altındaki jeolojik yapılardan kaçan radon gazıdır (Boisson, et al., 2001; Gasco et al., 2002; Saçan 2004 ). Hidrolojik döngüde, 210 Po genelikle ön izleyicidir ve 210 Pb u takip eder. Akuatik ortamlarda 210 Pb aktivitesine eşit 210 Po aktivitesi dengedeki 210 Po u verir. Bunun üstündeki 210 Po aktivitesi ise dengeüstü 210 Po olarak kabul edilir ve bu bileşenin ana kaynağı atmosferik yağıştır. 210 Po un atmosferden direkt depozisyonu, denizlere çoğunlukla atmosferik depozisyonla dağılan 210 Pb (Shannon et al., 1970; Carvalho 1997) yağışının %10 una karşılık gelmektedir ve yüzey sularında önemli konsantrasyona neden olmaz (Bacon et al., 1976). Şekil 2.2. Yeryüzü ile atmosfer arasındaki radyonüklid döngüsü
17 Akuatik ortamlardaki 210 Po miktarı, endüstriyel işlemler sonucu üretilen radyumca zengin fosfatlar nedeniyle de artabilir(germain,et al., 1995; Stepnowski,et al.,2000). 210 Po deniz suyunda bulunan 210 Pb sayesinde kendi doğal kaynağına sahiptir (Stepnowski,et al.,2000;uğur, et al.,2002). Polonyum yüzey deniz sularında 10-20 mol l -1 veya 0.3-3.0 mbq l -1 gibi düşük konsantrasyonlarda bulunmaktadır (Cochran et al., 1983; Hong et al., 1999). Çözünmüş polonyumun dikey profili besleyici elementlerinkine benzer, kuru ve yaş depozisyona sebep olan atmosferik kaynağa karşın yüzey sularında konsantrasyon en düşük seviyede olup, derinlikle birlikte artar (Cochran et al., 1983). Radyoizotop 210 Po un yüzey sularından ayrılışı hızlı olup kalış süresi yaklaşık 0.6 yıldır (Bacon et al., 1976; Cochran et al., 1983), bu değer dip sulardaki kalış süresinin yarısı kadardır (Kadko et al., 1987; Stewart and Fisher, 2003b). Çizelge 2.1 de, deniz sularında bulunan doğal 210 Po miktarlarını göstermektedir. Çizelge 2.1. Deniz yüzey sularında doğal 210 Po seviyeleri (NORSEDECOM, 2003). Radyonüklid Konsantrasyon Yer Referans 210 Po 0.80±0.2 mbq/l Verilmemiş Cherrry and Heyraud, 1988 210 Po 0.7 mbq/l Hollanda Köster et al., 1992 210 Po 0.5 mbq/l Hollanda Köster et al., 1992
18 2.1.2. Deniz Organizmalarında 210 Po Deniz ve okyanuslara giriş yapan 210 Po, deniz organizmaları tarafından güçlü bir şekilde biriktirilen ve konsantrasyon faktörü 10 3 ve 10 4 arasında değişen bir radyonükliddir. 210 Po, su kütlelerinden organik parçacık yüzeylerine adsorbsiyon ile geçer ve fitoplankton, zooplankton gibi organizmalar tarafindan alınır. 210 Pb ise, 210 Po aksine organik parçacıklardan ziyade inorganik parçacık yüzeylerine adsorblanır (IAEA, 1990). Denizel organizmalar deniz suyunda ve denizaltı kayaçlarında mevcut doğal radyonüklidlerden yılda 1-28 mrad alırlar. Aynı organizmalar kozmik ışınlardan gelen radyasyonuda bulundukları derinliğe göre alıp biriktirebilirler. Kozmik ışınlar yüzeyde 35 mrad civarında olduğu halde 100 m derinlikte hemen hemen sıfıra yaklaşır (Geldiay 2002). Kimyasal ve radyolojik açıdan oldukça toksik bir izotop olan 210 Po, çok güçlü bir şekilde birçok deniz organizması tarafından tutulur ve bu organizmalar yoluyla alınan doğal radyasyon temel vericisidir (Carvalho, 1995; Wildgust, et al., 1998; Stepnowski, al., 2000; Boisson, et al., 2001; Gasco, et al., 2002). Bugüne değin yapılan pek çok araştırma ile 210 Po deniz organizmalarında, deniz suyunda ve askıdaki parçacıklardaki spesifik aktivitesi belirlenmiştir (Wildgust, et al,1998). Deniz organizmalarında ilk defa 1970 yılında Kauranen ve arkadaşları tarafından midyelerde incelenen 210 Po ardından 1984-1985 yıllarında McDonald ve arkadaşlarının İngiltere de yaptıkları bir çalışma ile midyeler, karidesler ve salyangozlarda analiz edilmiştir (McDonald, et al.,1996). İngiltere de
19 (Whitehaven) yapılan bu çalışmalarda 210 Po un midyelerdeki konsantrasyonunun 3120 Bq kg -1 düzeyine kadar çıktığı bulunmuştur (McDonald et al., 1996). Carvalho (1993), 210 Po konsantrasyonunun fitoplanktonda 40 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) farklı karides türlerinde 15 den 1700 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) ve balıklarda l den 7000 Bq.kg -1 (kuru ağırlık) a kadar geniş aralık gösterdiğini belirtmiştir. Japonyanın kuzey doğu bölgelerinden toplanan deniz organizmalarında, 210 Po konsantrasyonu belirlenmiştir. Bu radyonüklidin seviyesi ve dağılımının bulunması ve deniz ürünlerinden besin zincirine giriş seviyelerinin tahmin edilebilmesi çalışmaları yapılmıştır. Türlerdeki 210 Po seviyesi geniş bir aralık göstermiştir, balıklarda 0,6-26 Bq kg -1 (yaş kütle), çift kabuklularda 0,5-220 Bq kg -1 (yaş kütle), alglerde 2,8-4,3 Bq kg -1 (yaş kütle) değerleri bulunmuştur (Yamamoto et al., 1994). 210 Po, deniz suyunu süzerek beslenen midye gibi organizmaların genellikle yumuşak dokularında akümüle olur (Norsedecom, 2003). Ege Denizi nin farklı bölgelerinde yapılan çalışmalarda, midye, plankton ve sediment örneklerinde 210 Po konsantrasyonları (Bq/kg) kuru ağırlıkta saptanmıştır.
20 Çizelge 2.2. Ege Denizinde farklı noktalardan alınan balık, midye ve sediment örneklerindeki 210 Po aktivite konsantrasyonları. Örnek 210 Po (Bq kg -1 ) Referans Balık 0,43+0,1-88,3+7,9 (yaş kütle) Mat Çatal ve ark., 2005 Midye 158+15-1367+113 (kuru kütle) Aközcan ve ark., 2005 Plankton 7+5-232+20 (kuru kütle) Arslan, 2005 Sediment 24+4-112+12 Gönülalan ve ark., 2005 Portekizliler üzerinde yapılan araştırmada, Portekiz halkının maruz kaldığı un %70 ini deniz ürünleri ile aldıkları görülmüştür (Carvalho, 1995). Deniz ürünleri tüketicilerinin ortalama aldıkları efektif doz 85mSv/y dır. Bu değer deniz ürünü tüketmeyenlere göre yaklaşık 3,5 kat fazladır (Wildgust et al., 1998). Deniz ürünleri örneklerinde yapılan bütün analizlerde 210 Po konsantrasyonu 210 Pb dan daha yüksek bulunmuştur (Carvalho, 1995; Stepnowski, al., 2000; Saçan 2004 ). 2.2. 210 Pb un Genel Özellikleri Kurşun, periyodik cetvelin IV-A grubunda yer alan radyoaktif oldukça yoğun (11.34 g cm -3 ) gri bir metaldir. Kurşunun atom sayısı 82, kaynama noktası 1620 0 C ve erime noktası 327.5 0 C dir. Kurşunun kütle numarası 194 ile 214 arasında değişen 20 izotopu bulunmaktadır. 210 Pb un yarıömrü 1969 yılında Hohndorf tarafından yapılan ölçümlerle 22.26 ± 0.22 yıl olarak belirlenmiştir. 210 Pb, 222 Rn un
21 bozunması sonucunda meydana gelmektedir. Rama tarafından 222 Rn bozunumundan atmosferik 210 Pb akısının ortalama 15 atom / dakika cm 2 olduğu tahmin edilmiştir (Ivanovich ve Harmon, 1992; Uğur, 1998). 210 Pb, izlemeye uygun yarı ömrü ve diğer özellikleri nedeni ile tarihleme, erozyon, kirlilik izlenmesi gibi pek çok uygulamada yararlanılan bir radyonüklittir. 210 Pb yüksek intensiteli ve düşük enerjili bir beta (0.015 MeV, 0.061 MeV) ve gama (0.47 MeV) yayımlayıcısıdır ve doğrudan sayılmalarında bazı güçlükler vardır. 1976 yılında Gaeggeler ve arkadaşları düşük enerjili gamaları ayırma gücü yüksek Ge(Li) dedektörlerle göl sedimentlerinde dedekte etmişlerdir. Yener ve Yaprak (1991) tarafından, jeolojik örneklerde düşük enerji sintilasyon spektroskopisi ile 210 Pb u ve direkt olarak 238 U i ölçmeyi mümkün kılan bir yöntem geliştirilmiş ve uranyum içeriği yüksek kömür kullanan bir santrale uygulanmıştır (Yener and Uysal, 1995). Beta veya düşük enerji gama ölçümlerinde örnekteki atenuasyon önemli bir problem oluşturur. Bu nedenle 210 Bi un (t 1/2 = 5 gün) yüksek enerjili betaları (E max = 1.17 MeV) veya 210 Po dan (t 1/2 = 138 gün) yayımlanan alfa partiküllerinin ölçümleri 210 Pb un dolaylı olarak ölçüldüğü en yaygın olarak kullanılan iki analiz şeklidir (Uğur, 1998). 2.2.1. Akuatik Ortamlarda 210 Pb Akuatik ortamda 210 Pb içeriği iki temel katkıya sahiptir. Toprak ve kaya parçalarında bulunan 226 Ra nın bozunumu ile oluşan dengede 210 Pb, diğer bileşen ise topraktan atmosfere yayılan 222 Rn atomlarının burada 210 Pb a bozunup ıslak ve kuru yağışlarla yeryüzüne, göllere,
22 denizlere ve okyanuslara inmesiyle oluşan dengede olmayan 210 Pb dur (Masque, et al., 2003). 210 Pb ve 210 Po, iyi bilinen ve kolaylıkla ölçülebilen radyonüklidler oldukları için kıyı bölgelerden açık denizlere madde taşınımı, scavenginig olayları ve sediment depozisyonlarının anlaşılmasında önemli izleyicilerdir (Uğur and Yener, 2001; Al-Masri et al., 2002). Ayrıca akuatik ortamdaki metal döngüsünün izlenmesinde de kullanılırlar. Akuatik ortamda bulunan ve tirbüditeye (bulanıklılık) neden olan parçacıklar (seston) organik ve inorganik olmak üzere iki bölümde incelenir. Organik parçacıklara örnek olarak çeşitli planktonik organizmalar, inorganik parçacıklara örnek olarak kum, kil, silt vb. gösterilebilir. 210 Pb ve 210 Po, parçacık maddelerle çok hızlı etkileşir ve su kolonunda çok hızlı hareket ederler (McCartney, et al., 2000; Bacon et al., 1976; Uğur, 1998). 210 Po un absorbsiyon karekteristiği ve uzun yarı ömrü yanında Pu, Am gibi parçacık etkileşimli (particle-reactive) elementlere benzediğinden sediment araştırmaları için ideal bir doğal elementtir. Bu sebeple sedimentlerde 210 Pb dağılımı incelendiğinde bu ortamdaki parçacık etkileşimli radyonüklidlerin dolaşım ve karışımı hakkında da tahminde bulunmak mümkün olmaktadır.
23 Çizelge 2.3. Deniz yüzey sularında doğal 226 Ra ve 210 Pb seviyeleri (NORSEDECOM, 2003). Radyonüklid Konsantrasyon Yer Referans 226 Ra 6.7-8.5 mbq/l Verilmemiş IAEA, 1990 226 Ra 2.8 ±0.6 mbq/kg İngiltere Plaster et al., 1995 226 Ra 5.3 mbq/l Hollanda Köster et al., 1992 226 Ra 5.0 mbq/l Hollanda Köster et al., 1992 210 Pb 0.72 ± 0.4 mbq/l Verilmemiş Cherrry and Heyraud, 1988 210 Pb, yumuşakçalar, kabuklular, balıklar ve memeliler tarafından biakümülasyona uğraması ve 210 Po a bozunması nedeniyle akuatik çevrede çok önemli bir radyonükliddir. 2.3. Plankton Plankton kelimesi eski Yunancadan kökenlenen bir kelime olup, sürüklenen anlamında bir sıfattır. Plankton deyimi nehir, göl ve okyanuslarda su yüzeyinde veya içinde asılı kalabilen yada biraz yüzebilen, 2 cm. den daha küçük bitki ve hayvanlardan oluşan bir grup organizma için ilk kez Alman araştırıcı Victor Hensen tarafından 1887 de kullanılmıştır (Koray, 2002). Plankton çoğul bir ifadedir, tekil olarak planktonik bir organizmaya plankter veya planktont denir (Özel 2005). Günümüzde plankton: Hareket organelleri olsa bile bu organelleri yer
24 değiştirmelerinde etkin olmayan ve dolayısıyla denizlerdeki su hareketlerinin etkisinde pasif olarak yer değiştirebilen bitkisel ve hayvansal organizmaların oluşturduğu topluluk şeklinde tanımlanır (Geldiay, 2002). Plankton denizlerdeki gıda zincirinin ilk halkasını oluştururlar. Bu halka sırasıyla fitoplankton, zooplankton, küçük ve büyük balıklardan oluşmaktadır. Planktonla beslenen balıklar ve diğer deniz ürünleri aracılığıyla radyoaktivitenin insana geçişi mümkün olur (Carvalho, 1995; Uğur, 1998). Şekil 2.3. Denizlerde besin zinciri Yeryüzünün yaklaşık 3/4 ünü oluşturan ve ortalama derinliği 3800 m olan hidrosferin hemen her yerinde, 9000 m. derinlikte ve daha derin yerlerinde planktona rastlanır. Planktondan başka hiçbir canlı grubu, bu kadar geniş yaşama alanına sahip değildir. Mikrondan küçük boyutlardaki virüs ve bakterilerden, birkaç cm çaplı megaplanktona kadar değişen büyüklüklere sahip planktonik organizmalar bulunmaktadır (Özel, 2005).
25 Şekil 2.4 Ciliate ( mikron boyutunda) ve Porpita ( 10cm ) Planktonik organizmalar 2 mikrondan 2 metreye kadar değişen büyüklüktedirler. Fakat plantonik formların çoğu mikroskobik olup 1mm civarındadır ve büyüklükleri yaşadıkları derinlikle orantılıdır. Sular, özellikle çok küçük organizmalar için bazı avantajlara sahiptir. Suyun yoğunluğu ancak zarif çok küçük bitki ve hayvanların su içinde asılı kalmasını sağlar. Bu küçük organizmalar karalarda kendini bile taşıyamadıkları için yaşayamazlar. Genel olarak küçük bireyler yüzey sularında yaşar. Plankton deyimi altında yer alan canlılar, biyolojik, beslenme, boy, topoğrafik özelliklerine, şekillerine, dağılış derinliklerine, ışığa karşı tepki ve topluluk yapılarına, v.s. göre gruplandırılırlar. Bunlardan en önemlisi biyolojik yönden yapılan sınıflandırma olup, bu özelliklerine göre planktonik organizmalar Fitoplankton (bitkisel) ve Zooplankton (hayvansal) olmak üzere başlıca iki gruba ayrılırlar (Geldiay,2002).
26 Şekil 2.5 Fitoplankton (C. Radiatus) ve Zooplankton (Copepod) (bornova.ege.edu.tr/~korayt/plankweb/head.jpg) Fitoplankton bitkisel plankton olup, klorofil taşıyan basit yapıya sahip tek veya çok hücreli canlılardır. Fotosentez ile tonlarca organik karbon bileşikleri üretir. Fitotoplankton hareketi genellikle su türbülansı, hacim yoğunluğu ve diğer okyanus canlıları tarafından kontrol edilir. Ototrof olan fitoplankton tek başına veya koloniler oluşturarak su hareketleriyle pasif olarak yer değiştirirler( Levinton J. S.,1995). Zooplankton hayvansal planktondur. Ortamda bulunan organik partikül veya organizmalarla beslenen zoooplankton heterotroftur. Fitoplankton ve onların ürünleri zooplanktonun yemini oluşturur. Zooplankton tek hücreli formlardan larva balıklar gibi daha küçük omurgalılara kadar, fotosentetik olmayan planktonik tek hücreli canlılar ve hayvanlardan oluşur. Yüzebilmelerine rağmen temel su bileşenleri, türbülans ve hacim yoğunluğu genel hareketlerini belirler (Levinton J. S.,1995). Fitoplankton ve zooplankton, her yerde ve çok fazla sayıda bulunmaları nedeniyle, dünya çapında deniz biyokütlesinin en geniş
27 fraksiyonunu oluştururlar, bu yüzdende okyanuslardaki iz metallerin ve radyonüklidlerin biyojeokimyasal çevriminde önemli yere sahiptirler (Özel, 2005). Planktonik organizmalar yalnızca kendi besinlerini sağlamazlar, aynı zamanda diğer hayvanlarında doğrudan ya da dolaylı besinlerini oluştururlar. Plankton, hatta en büyük balık olan köpek balığı ile yine en büyük memeli olan balinaların besinini oluşturur. Şekil 2.6. En büyük memeli olan balinaların planktonla beslenmesi Midyeler, Clupedia ve Engraulidae familyası üyeleri (sardalya ve hamsi) gibi bazı balıklar planktonla beslenir. Scomber spp. gibi bazı balıklarda yılın belirli zamanlarında planktonla beslenirler. Pleuronectes platessa larvaları, ilk gelişim evrelerinde fitoplanktonla beslenirken daha sonraki evrelerde etçil olurlar ve daha çok kopepod nauplii ile molluskların veliger larvaları ile beslenirler. Dolayısıyla planktivor olan pelajik balıklar, aynı zamanda otçul zooplankterlerin yiyicileri olurlar. (Özel, 2003).
28 Planktondaki belirli mikroskobik algler tarafından üretilen toksinler kuvvetli fizyolojik ajanlardır. İnsanlarda ölüm ile sonuçlanan zehirlenmeler meydana getirirler. İnsanlar için normalde tosik etkisi olmayan midye, istridye gibi kabuklu deniz canlıları toksik fitoplanktonu besin olarak ürettiklerinde toksik özellik gösterirler. Kabuklu deniz canlıları hepatopankreas adı verilen ve toksik maddeyi içine alarak o canlının zarar görmesini engelleyen salgı bezi ile korunurlar. Toksin kabuklular aracılığı ile gıda zincirine katılıp bu canlıları yiyen insanlara ulaştığında bağlanmış toksik madde açığa çıkar (Koray, 2002). Balıklarda genel olarak 210 Po konsantrasyonu derinlikle azalmaktadır. Fakat maksimum 210 Po konsantrasyonu planktonla beslenen balıklarda görülmektedir ve bunlar orta derinlikte yaşarlar. Karadeniz de bulunan ve plankton ile beslenen hamsi ve çaça balıklarının 1 kg ında sırasıyla 40-30 Bq lik 210 Po aktivitesi tayin edilmiştir (Lazorenko et al., 2002). Planktonik organizmaların yaşamları kısa olup besin maddeleri çok iyi bilinmektedir ayrıca gıda zincirinin en altında bulunmaları nedeniyle radyonüklid biyobirikim deneyleri içinde çok uygundurlar. Biyobirikim işlemi plankton populasyonlarında yüksek oranda gerçekleşir bunun sebebi türlerin adsorbsiyon yapan yüzeylerinin göreceli olarak büyük olmalarıdır. Yapılan bazı çalışmalar, 210 Po un bazı fitoplankton (Fisher et al., 1983c) ve bakteri (Cherrier et al., 1995; LaRock et al., 1996) türlerinin sitoplazmalarına katıldığını da göstermiştir (Fisher, 2003b).
29 Metalin organizmaya alımı açısından organizmadaki protein önemlidir. Zooplanktonik organizmalar içinde özellikle krustaseler önemli aminoasitler içerirler. Euphasuia souperba da %10,3 ham protein bulunur (Özel, 2003). 2.4. Plankton Populasyonlarında Mevsimsel değişimler Bir bölgenin planktonunda, içeriğinde ve miktarında mevsime bağlı önemli farklılıklar oluşur. Bu durum fitoplanktonla birlikte zooplankton komunitelerinde de gözlenir. Bu durum araştırma yapılan bölgenin tropikal, subtropikal, ılıman bölgelerde ve yüksek enlemlerde oluşuna göre de değişiklik gösterir. Planktonla beslenen planktivor balıkların yumurta ve larvalarının sayısal artışı veya azalışı bu duruma paralellik gösterir. İlkbaharda oluşan fitoplankton miktarındaki artış ilkbahar patlamaları olarak tanımlanır. Yüzey sularında fazla miktarda birikmiş besleyici elementler bulunduğundan, ilkbahar aylarındaki aydınlanma ve sıcaklık artışı ile birlikte fitoplankton hızla çoğalır (Özel, 2005). Zararlı alg üremeleri deniz, acısu ve tatlısu ekosistemlerinde oldukça sık rastlanan olaylardır (Koray, 2002). Bunlar arasında bulunan Dinoglagellatlar (kamçılı fitoplankton) özellikle Mayıs ve Eylül ayları arasında sık sık görülen ve içerdikleri kırmızı kahverengi zehirli pigmentlerinin suya aksi ile körfezi kızıllaştıran görüntüsü Red-tide olayı Şekil 2.7 de gösterilmektedir (Özel, 2005).
30 Şekil 2.7. Red-tide Olayı Fitoplanktonik formlar küçük olmaları sayesinde besleyici maddeleri çok çabuk kullanabilirler ve hızla bölünerek çoğalabilirler. Fitoplankton miktarındaki artışı zooplankton populasyonlarının büyümesi takip eder (Özel, 2005). Şekil 2.8 de yıl boyunca sıcak-kuzey kıyılarında fitoplanktonun, zooplanktonun, besin ve ışığın mevsimsel değişikliklerini göstermektedir. Genellikle sonbaharın başında fitoplankton dramatik şekilde artar ve bazı alg türleri tarafından domine edilir. İlkbahar fitoplankton artışı tam tarih, enlem ve yılla birlikte değişir. Fitoplankton daha sonra azalmaya başlar ve yazın çok fazla değildir. Yaz yaklaştığında diğer türlerin çoğalmasına yol açılır. Bazı bölgelerde fitoplankton sonbaharda ikinci kez çoğalır (Levinton J. S., 1995).
31 Yüzeydeki fosfat ve nitratlar İlkbahar fitoplankton artışı Uygun gün ışığı Kış ilkbahar Yaz Sonbahar Kış Şekil 2.8. Plankton miktarı ve uygun gün ışığındaki değişiklikleri izleyen ideal diagram ve ılık-kuzey rüzgarlı mevsimdeki besleyiciler (Russel Hunter den geliştirilerek 1970) Zooplankton, fitoplanktonun gelişmesinin zirveye ulaştığında artmaya başlar ve yazın başlarında da maksimum miktara ulaşır. Zooplankton sonbaharda fitoplankton azalmaya başladığında yılın maksimumum seviyesine ulaşmıştır(levinton J. S., 1995). Yaz aylarında besleyici elementlerin az olmasına karşın ilkbaharda görülen bazı türlere bu mevsimde yine rastlanır. Diatomlarla birlikte creatium ve peridinium türleri yaygın olarak bulunur. Yaz aylarında fitoplanktonların saçtığı fosforışı, yüzey sularında geceleri yakamoz olayını meydana getirir.