Ambarlı Limanı Kirlilik Tarihçesinin Karot Çökellerinde Jeokimyasal Yollarla İncelenmesi Geochemical investigation of pollution history of Ambarlı Port via core sediments Erol SARI a *, Selma ÜNLÜ a, Nurgül ÇELİK BALCI b, Reşat APAK a, Mehmet Ali KURT c, Birsen KOLDEMİR d a İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü, Vefa-Fatih/ İstanbul b İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Maslak / İstanbul c Mersin Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Mersin d İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Deniz Ulaştırma ve İşletme Mühendisliği Bölümü, Avcılar/İstanbul * Sorumlu yazar(erolsari@istanbul.edu.tr) Özet: Ambarlı Limanı, İstanbul şehir merkezinden 34 km uzaklıkta olup, Marmara Denizi kuzey sahilinde yer almaktadır. Çalışma alanı karot çökellerinde metal kirliliğinin araştırılması ile ilgili çalışmalar son 10 yıllık literatür kayıtlarında bulunmamaktadır. Bu çalışmayla Ambarlı Liman aktivitesinin denizel sedimentlerdeki metal kirliliğinin tarihçesi alınan üç adet karot örnekleriyle incelenmiştir. Karot örnekleri Al, Fe, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn ve toplam petrol aromatik hidrokarbon (PAHs) içeriğinin belirlenmesi için alınmış ve analiz edilmiştir. Ortalama metal ve PAHs miktarları mg kg 1 olarak 11600 (Al), 25700 (Fe), 120 (Cr), 61 (Cu), 285 (Ni), 141 (Pb), 103 (V), 109 (Zn) ve 850 (PAHs) ölçülmüştür. Pb-210yaşlandırması sonucunda çalışma alanında sedimentasyon hızı 5cm/100 yıl olarak bulunmuş olup, limanın faaliyete geçtiği tarihten günümüze kadar olan tarihsel kirlilik kayıtları; karotların 1.14 cm lik sediment kısmında bulunmaktadır. Karotların en üst 2 cm lik kısmında Cu, Pb ve Zn zenginleşmesinin hızla artması liman aktivitesi ile ilişkilendirilmiştir. Zenginleşme faktörü (EF) analizlerine göre metaller değerlendirildiğinde; karot çökellerinin yüzey kısmında Cu, Pb ve Zn kirliliğinin olduğu, Al, Fe, Cr, Ni ve V zenginleşme faktörü değerlerine bakıldığında normal doğal koşulları yansıttığı yani kirlenmediği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Ambarlı Limanı, Marmara Denizi, metal kirliliği, sediment kalitesi, Pb-210 yaşlandırma Abstract: Ambarlı Port, located on the north shores of the Sea of Marmara, is 34 km away from the city center of Istanbul. There is no information available from the literatures investigating metal contamination in the core sediments from Ambarlı Port Area last 10 years. Recent metal pollution histories associated with the Port activities have been examined via three cores. Samples were collected and analyzed for Al, Fe, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Zn and total polycyclic aromatic 160
hydrocarbons (PAHs) contents. The average metal concentrations and PAHs in the cores measured in mg kg 1 were 11600 for Al, 25700 for Fe, 120 for Cr, 61 for Cu, 285 for Ni, 141 for Pb, 103 for V, 109 for Zn and 850 for PAHs. The sedimentation rate was calculated as 5cm/100 years using 210-Pb dating; 1.14 cm of sediment deposited since from the date in which the Ambarli Port inaugurated commercial activity and all pollution based on port activities lie in the section between 0-1.14 cm. Cu, Pb and Zn contents of the sediments increased sharply in the upper part of the cores (between 0-2 cm) has indicated that the recent pollution is linked to the port activities. The metal levels were also evaluated according to the enrichment factor (EF) analyses. The analyses revealed significant anthropogenic pollution of Cu, Pb and Zn in the surface sediments of the cores whereas, Al, Fe, Cr, Ni and V in the all sediment samples could be considered as unpolluted Key Words: The Ambarlı Port, The Marmara Sea, metal pollution, sediment quality, Pb-210 dating. 1. GİRİŞ Ambarlı Limanı: Marmara Bölgesi özellikle İstanbul için önemli bir liman durumundadır. Limanda Konteynır, kargo, Ro-Ro ve tanker gemilerine hizmet verilmektedir. Dünya taşımacılığının yüzde doksanı deniz yoluyla yapılmaktadır. Özellikle deniz taşımacılığının daha güvenli ve maliyetlerin daha düşük olması nedeniyle tercih edilmektedir [1]. Dünya konteynır taşımacılık hareketinin tahminlerin üstündeki yükselişi ve buna bağlı olarak konteynır gemilerine hizmet veren Ambarlı Limanı na olan talebide katlayarak arttırmıştır. Ambarlı liman tesisleri 1989 yılından itibaren 7 adet terminalle hizmet verdiği 27 adet rıhtıma, 6025 m rıhtım uzunluğuna, 5400/yıl gemi kapasitesine ve 1 152 793 m2 alana sahip bir liman kompleksidir [2]. Marmara Denizi, Akdeniz ve Karadeniz i Çanakkale ve İstanbul Boğazları ile birbirlerine bağlayan, yaklaşık 210 km uzunluğunda ve 75 km eninde bir geçiş denizidir. Çalışma alanı Marmara Denizi nin kuzeyinde Büyük ve Küçük Çekmece gölleri arasında kalan Ambarlı Limanı nı içermektedir. Marmara Denizi nin bir parçası olan bu liman büyük ölçekte Marmara Denizi nin oşinografik özelliklerini yansıtır. Oşinografik olarak en önemli özelliği, üstte Karadeniz kökenli az tuzlu sular (18 ppt), altta ise Akdeniz kökenli daha tuzlu (38.5 ppt) suların hakim olduğu ve birbirlerine göre zıt yönde akan, sürekli çift tabakalı su rejimine sahip olmasıdır. Üstteki Karadeniz kökenli su tabakasının kalınlığı yüzeyden itibaren yaklaşık 20-25 m olup, 605 km3/yıllık bir akışla 4-5 ayda yenilenir [3]. Alttaki su tabakası ise 376 km3/yıllık akış hızı ile 6 yılda yenilenmektedir [3]. Marmara Denizi nin doğusunda günümüzde önemli nehir suyu girdisi 161
olmamasına rağmen, güneyinde Biga, Gönen ve Kocasu gibi akarsular bulunmaktadır. Çalışma alanını sınırlayan karasal kesimde litolojik olarak fosilli kireçtaşı, killi kireçtaşı, şeyl, tüf, kumtaşı ile alüvyondan oluşur [4]. Marmara Denizi sedimentlerinin jeokimyasal içeriğinin araştırılması için birçok çalışma yapılmıştır [5-13]. Bu araştırmacıların çoğu yüksek ağır metal değerlerinin bir kısmının doğal bir kısmının ise antropojenik kökenli olduğunu ileri sürmüşlerdir. Bütün bu ayrıntılı çalışmalara rağmen, Marmara Denizi hot spot noktalarından biri olarak kabul gören Ambarlı Limanı nda sediment kalitesi üzerine ayrıntılı bir çalışma bulunmamaktadır. Denizler ve göller jeolojik anlamda çökelme havzası olarak bilinirler ve gerek litolojik, gerekse antropojenik kirlilik kayıtlarını sürekli depolarlar. Bu sebeple kirlilik çalışmalarında sedimentler yoğun bir şekilde kullanılmıştır. Ambarlı liman karot çökellerinde çeşitli kirleticilerin dikey konsantrasyon değişiminin belirlenmesi, özellikle ağır metallerin tarihsel dönemdeki sediment kalitesine olan etkisinin açıklanması ve gemi kaynaklı kirliliklerin sedimente etkisinin yorumlanması açısından önemlidir. Bu çalışmayla Ambarlı Liman çevresinin paleo sediment kalitesinin ortaya çıkarılmasıyla birlikte gemi kaynaklı kirliliğin boyutu araştırılmıştır. Bu kapsamda 3 adet karot sediment örneklerinde; ağır metal (Al, Fe, Cr, Cu, Ni, Pb, V ve Zn), toplam petrol hidrokarbon (TPH) ve Pb-210 izotop miktarı tespit edilmiştir. 2. MATERYAL VE METOD Örnek alımı 6 Mayıs 2009 tarihinde İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü nün R/V Arar gemisi ile yapılmıştır (Şekil 1 a). AMB-6, AMB-20 ve AMB-33 isimli karot çökelleri serbest düşmeli ağırlıklı karot aleti kullanılarak alınmıştır (Şekil 1 b). Karot örnekleri laboratuarda açılmış ve karot boyunca iki eşit parçaya bölünerek litojenik tanımları yapılmıştır. Karot örneklerinin yarısı 2 cm aralıklarla cam lamel kullanılarak toplam ağır metal analizlerinin yapılması için örneklenirken, kalan diğer parçası, Pb-210 ve TPH analizlerinin yapılması için örneklenmiştir. 162
a) Şekil 1. Çalışma alanı yer bulduru ve batimetri konturlu istasyon yerleri (a), ağırlıklı karot örnek alımından bir görüntü (b). 163 b)
2.1. AĞIR METAL VE PB-210 ANALİZLERİ: Ağır metal analizleri hizmet alımı karşılığında ICP MS aleti kullanılarak, Mersin Üniversitesi İleri Analizler Laboratuvarında yapılmıştır. Pb-210 analizi ise hizmet alımı karşılığında Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi nde ölçülmüştür. 2.2. TOPLAM PETROL HİDROKARBON ANALİZLERİ (TPH): TPK analizleri İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü nde ultraviolet-fluorometri (UV Spektrofluorometri), gaz kromatografisi (GC) ve gaz/mass (GC/MS) spectrofotometrisi kullanılarak yapılmıştır. 3. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Ambarlı limanı Avcılar açıklarında alınan AMB-6 karotu -78m, AMB-20 karotu -61m ve AMB-33 karotu -64m su derinliğinden alınmış olup, sırasıyla 80, 118 ve 72 cm uzunluğa sahiptir. Bu karotlar liman aktivitesinin sediment kalitesine olan tarihsel kirlilik etkisinin araştırılması için alınmıştır. Bu amaçla alınan karotlarda; litolojik tanımlama, metal konsantrasyonları ve TPH analizleri ile Pb-210 yaşlandırılması yapılmıştır. Karot çökelleri litolojik olarak çamur (AMB-6: 0-66 cm, AMB-20: 20-118 cm ve AMB-33: 0-60 cm) ve kavkı, kavkı kırıntılı kumlu çamur (AMB-6: 66-78 cm, AMB-20: 0-20 cm, AMB-33: 60-72 cm) birimlerinden oluşur. Ambarlı Limanı karotlarında ölçümü yapılan elementler; Al %0.40-4.47, Fe % 0.01-3.98, Cr 14-902, Cu 6-363, Ni 35-480, Pb 15-266, V 13-206 ve Zn 21-307 ppm aralığında ölçülmüştür. Ortalama metal değerleri; alüminyum %1.05, demir %2.95, krom 170, bakır 47, nikel 324, kurşun 145, vanadyum 125 ve çinko 92 ppm olarak hesaplanmıştır. AMB-6 ve AMB-33 karotlarının hemen yüzeyde 0-2 cm aralığında Cu, Pb, Zn ve TPH değerlerinin artması liman aktivitesiyle ilişkilidir (Şekil 2). Bu bileşenlerin yüzey sedimentlerinde de zenginleşmesi bu görüşümüzü destekler [14]. Ayrıca karot çökellerindeki ölçümü yapılan metallerin zenginleşme faktörü (EF) değerlerini Sutherland [15] sınıflamasına göre kıyasladığımızda; Ambarlı karot çökellerinin en üst 0-2 cm lik kısmında antropojenik metal kirliliğinin (EF>2) olduğunu, diğer kısımların ise normal jeolojik koşulları yansıtmaktadır. 164
Cu (ppm) Pb (ppm) Zn (ppm) 0 90 180 0 150 300 0 160 320 0 0 0 Amb 6 derinlik (cm) 20 40 60 20 40 60 20 40 60 80 80 80 Şekil 2. AMB-6 sediment karotunda Cu, Pb ve Zn dağılımları AMB-6 koratunda yapılan Pb-210 yaşlandırılması ile çalışma alanı için sedimentasyon hızı 5.17 cm/100yıl olarak bulunmuştur. Bu depolanmanın ancak 1.14 cm lik kısmı liman aktivitesinin olduğu dönemi (1989-2009 yıl) kapsamakta ve olası liman kaynaklı kirlilik kayıtlarını içermektedir. Dolayısıyla karot çökellerinin hemen yüzeyindeki kısmı liman faaliyetlerinden etkilenmiş olması beklenirken, demirleme alanında bu etki daha derinlere kadar inebilmektedir. Kor örneklerinden AMB-6 ve AMB- 20 de TPH değerleri karotun 18 cm derinliğinden karot yüzeyine kadar hızla artmaktadır (Şekil 3). Ambarlı limanı karot sedimentlerinde tespit edilen TPH sonuçları Marmara Denizi liman aktiviteleri ve sanayinin etkin olduğu literatüre kayıtlı bölgeler ile karşılaştırıldığında bu bölgeler kadar olmasa da hızla kirlenme yolunda ilerlediğinin işaretlerini vermektedir. Benzer durum dünya literatürüne geçmiş kayıtlı liman çalışmaları ile de desteklenmektedir. Kirletici kaynaklar azaltılmazsa çok yakın bir zamanda çalışma alanı TPH kirliliği çok yüksek değerlere ulaşacağı tahmin edilmektedir. 165
Şekil 3. AMB-6 karotunda TPH miktarlarının dağılımı Sonuç olarak; Ambarlı Limanı karot örneklerindeki çalışmaların sonucunda sedimentasyon hızı 5 cm/100 yıl olarak bulunmuş olup, limanın tarihsel paleo kirlilik kayıtları karotların 1.14 cm lik sediment kısmında bulunmaktadır. Özellikle AMB-6 ve AMB-33 nolu karotların yüzeylerine doğru Cu, Pb, Zn ve TPH miktarlarındaki artışlar kirliliğin liman faaliyetleri ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Çalışma alanındaki TPH kirliliğinin ise karotun ilk 18 cm lik üst kısmında bulunmuştur. Karotlardaki sedimentasyon hızını lineer olarak düşündüğümüzde TPH kirliliğinin günümüzden 360 yıl önce yani 1649 yılında başladığı ve günümüze kadar artarak devam ettiği belirlenmiştir. KAYNAKLAR 1. Yılmaz E., (1990) Konteyner ve konteyner taşımacılığı. Deniz Ticareti. 2. Altaş (2010). Altaş Anonim Şirketi Genel Müdürlük İstatistikleri. 3. Ünlüata, Ü., Oğuz, T., Latif, M. A., Özsoy, E., (1990). On the physical oceanography of the Turkish Straits, In: Pratt, L.J.(Ed.) The physical oceanography of the Sea Straits, NATO/ASI Series, Kluwer, Dordrecht, 25-60. 4. Şen K., (1994). Çekmece gölleri arasındaki bölgenin jeolojisi ve sedimenter özellikleri, (Yüksek Lisans Tezi), İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 5. Ergin, M., Yörük, R., (1990). Distribution and texture of the battom sediments in a semi enclosed coastal inlet, The Izmit Bay from The Eastern Sea Of Marmara (Turkey), Estuarine, Coastal and Shelf Science, 30, 647 654. 166
6. Bodur, N. B., Ergin, M., (1991). Geochemical characteristics of the recent sediments from the Marmara Sea, Chemical Geology, 115: 73-101. 7. Balkıs, N., Çağatay, M. N., (2001). Factors controlling metal distributions in the surface sediments of the Erdek Bay, Sea of Marmara, Turkey, Environment İnternational, 27, 1-13. 8. Tolun, L., Okay, O. S., Gaines, A. F., Tolay, M., Tüfekçi, H., Kıratlı, N., (2001). The pollution status and toxicity of surface sediments in İzmit Bay (Marmara Sea), Turkey, Environment International, 26, 163-168. 9. Algan, O., Balkıs, N., Çağatay, M.N., Sarı, E., (2004). The sources of metal contents in the shelf sediments from ther Marmara Sea, Envirnmental Geology, 46, 932-950. 10. Topçuoğlu, S., Kırbaşoğlu, Ç., Yılmaz, Y. Z., (2004). Heavy metal levels in biota and sediments in the northern coast of the Marmara Sea. Environmental Monitoring and Assessment, 96, 183 189. 11. Okay, O. S., Pekey, H., Morkoc, E., Başak, S., Bayka,l B., (2008). Metals in the surface sediments of Istanbul Strait (Turkey). Journal of Environmental Science and Health Part A -Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 43, 1725 1734. 12. Ergül, H. A., Varol, T., Ay, Ü., (2013). Investigation of heavy metal pollutants at various depths in the Gulf of Izmit. Marine Pollution Bulletin, 73, 389-393. 13. Kılıç, Ö., Belivermiş, M.,(2013). Spatial and Seasonal Distribution of Trace Metal Concentrations in Mussel (Mytilus galloprovincialis) and Sediment of Bosphorus and Golden Horn. Bull Environ Contam Toxicol, 91, 402 408. 14. Sarı, E., Ünlü, S., Apak, R., Balcı, N., Koldemir, B. (2014). Distribution and contamination of heavy metals in the surface sediments of Ambarlı Port Area (Istanbul, Turkey). Ekoloji 23, 90, 1-9. 15. Sutherland, R.A. (2000). Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii. Envıronmental Geology, 39(6), 611-627. 167