Distribution of Heavy Metal and Enrichment Degree in Core Sediment from Erdek Gulf

Year 2020, Volume: 63 Issue: 1, 57 - 68, 31.01.2020

Tuğçe Nagihan Arslan Kaya , Erol Sarı , Mehmet Ali Kurt , Dursun Acar

https://doi.org/10.25288/tjb.563038

Cited By: 1

Abstract

The Gulf of Erdek is located in southwest Marmara Sea. Average and maximum depths are around 34 and 55 m, respectively. The study area is less polluted by pollutants of anthropogenic origin than the other gulfs (Izmit, Gemlik) in the Marmara Sea. The main source of fresh water and sediments in the gulf are the Gönen and Karabiga Rivers. These rivers, which receive pollution load from domestic, industries (ceramic factories and leather industry) and agricultural waste water from Gönen and Biga towns, drain into the Marmara Sea. In this study, distribution of historical heavy metal contamination derived from anthropogenic and/or natural origin was investigated in a 174-cm long core sediment collected from the mouth of the Gönen River at -16 m water depth. Heavy metal enrichment in the region was determined by analysing heavy metal (Cu, Pb, As, Zn, Cr and Co), grain size and total organic carbon (TOC) contents. According to the results obtained, average Cu, Pb, Zn, Cr and Co values in the core are 16, 68, 10, 26, 111 and 4 mg.kg^-1, respectively. The mean distribution of gravel, sand, silt and clay are 0.1, 1, 28.5 and 70.4%, respectively. TOC values range between 0.5 and 1.9%. Enrichment factor (EF) was calculated throughout the core to reveal the pollution history of the study area more clearly. Mean EF values through the vertical profile of the core are EF-Pb 12.2, EF-As 4.8, EF-Cr 3.3, EF-Zn 1.1, EF-Cu 0.9, and EF-Co 0.7. Based on Sutherland’s (2000) enrichment factor contamination categories, core sediments were moderately contaminated with Cr and As, and contaminated significantly with Pb. The study area was not contaminated with Co, Cu and Zn. The EF-Pb, EF-As and EF-Cr values indicate that untreated anthropogenic waste water with agricultural and industrial origin (leather industry) was supplied into the gulf.

Keywords

Heavy metal, anthropogenic pollution, Gönen River, core sediment, enrichment factor

Erdek Körfezi Karot Çökellerinin Ağır Metal Dağılımı ve Zenginleşme Derecesi

Abstract

Erdek Körfezi Marmara Denizi’nin güneybatısında yer almaktadır. Ortalama ve maksimum derinliği sırasıyla yaklaşık 34 ve 55 m’dir. Çalışma alanı Marmara Denizi’ndeki diğer körfezlere (İzmit, Gemlik) kıyasla antropojenik kökenli kirleticilere daha az maruz kalmıştır. Körfeze başlıca tatlı su ve çökel taşınımı Karabiga ve Gönen nehirleriyle gerçekleşmektedir. Bu nehirler Gönen ve Biga ilçelerinin evsel, tarımsal ve endüstriyel (seramik fabrikaları ve deri sanayi) kaynaklı atık sularını bünyelerine alarak Marmara Denizi’ne boşalırlar. Bu çalışmada, Gönen Nehri ağzı -16 m su derinliğinden alınan 174 cm uzunluğundaki karot çökel örneğinde geçmişten günümüze antropojenik ve/veya doğal kökenli ağır metal miktarındaki değişimler incelenmiştir. Bölgenin ağır metal zenginleşmesi; ağır metal (Cu, Pb, As, Zn, Cr ve Co), tane boyutu ve toplam organik karbon (TOK) analizleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, karot boyunca ortalama Cu, Pb, As, Zn, Cr ve Co değerleri sırasıyla 16, 68, 10, 26, 111 ve 4 mg.kg^-1’dır. Ortalama çakıl, kum, silt ve kil içerikleri sırasıyla %0,1, 1, 28,5 ve 70,4’tür. TOK değerleri %0,5 ile 1,9 arasında değişim göstermektedir. Çalışma alanının ağır metal birikim tarihçesini daha net değerlendirmek için karot boyunca zenginleşme faktörü (EF) değerleri hesaplanmıştır. Karot düşey profili boyunca ortalama EF değerleri; EF-Pb 12,2, EF-As 4,8, EF-Cr 3,3, EF-Zn 1,1, EF-Cu 0,9 ve EF-Co 0,7’dir. Sutherland (2000) zenginleşme faktörü kirlilik derecesi sınıflamasına göre karot çökel örnekleri Cr ve As ile orta derecede, Pb ile de önemli derecede kirletilmiştir. Çalışma alanı Co, Cu ve Zn bakımından kirletilmemiştir. EF-Pb, EF-As ve EF-Cr değerleri körfeze tarımsal ve endüstriyel kökenli (deri sanayi) arıtılmamış antropojenik kaynaklı atık suların deşarj edildiğini göstermektedir.

Keywords

Ağır metal, antropojenik kirlilik, Gönen Çayı, karot çökeli, zenginleşme faktörü

References

• Akkaya, E., 2004. Marmara Denizi’nin mevcut kirlenme durumu ve çözüm önerileri. 1. Ulusal Çevre Kongresi, 13-15 Ekim 2004, Sivas.
• Akyüz, H.S., 1995. Manyas-Susurluk-Kepsut (Balıkesir) civarının jeolojisi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Doktora Tezi, 202 s (yayımlanmış).
• Akyüz, T., Mukhamedshina, N., Akyuz, S., Sarı, E., Mirsagatova, A.A., 2007. Toxic and trace element analysis of surface sediments from the Gulf of Saros by INAA and XRF methods. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 273 (3), 747-751.
• Amin, B., Ismail, A., Arshad, A., Yap, C.K., Kamarudin, M.S., 2009. Anthropogenic impacts on heavy metal concentrations in the coastal sediments of Dumai, Indonesia. Environmental Monitoring and Assessment, 148, 291-305.
• Atgın, R.S., El-Agha, O., Zararsız, A., Kocataş, A., Parlak, H., Tuncel, G., 2000. Investigation of the sediment pollution in İzmir Bay: Trace elements. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 55 (7), 1151-1164.
• Balkıs, N., Çağatay, M.N., 2001. Factors controlling metal distributions on the surface sediments of the Erdek Bay, Sea of Marmara, Turkey. Environment International, 27 (1), 1-13.
• Çağatay, M.N., Balkıs, N., Sancar, Ü., Çakır, Z., Yücesoy, F., Eryılmaz, M., Sarı, E., Erel, L., Akçer, S., Biltekin, D., 2006. Marmara Denizi çökel jeokimyası atlası, TÜBİTAK Projesi, 103Y053, İstanbul (Yayınlanmış).
• Çağatay, M.N., Görür, N., Polonia, A., Demirbağ, E., Sakinç, M., Cormier, M.H., Capotondi, L., McHugh, C.M.G., Emre, Ö., Eriş, K., 2003. Sea-level changes and depositional environments in the Izmit Gulf, eastern Marmara Sea, during the late glacial–Holocene period. Marine Geology, 202, 159-173.
• Çağatay, M.N., Keigwin, L.D., Okay, N., Sarı, E., Algan, O., 2002. Variability of clay-mineral composition on Carolina Slope (NW Atlantic) during marine isotope stages 1–3 and its paleoceanographic significance. Marine Geology, 189 (1-2), 163-174.
• EİE. 1993. Türkiye akarsularında sediment gözlemleri ve sediment taşınım miktarları. Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü, No: 93-59, Ankara (yayınlanmış).
• European Commission, 2007, MET referans dokümanı (BREF), (http:// eippcb.jrc.ec.europa.eu/), 30 Nisan 2019.
• Galehouse, J.S., 1971. Sedimentation Analysis, (Procedures in sedimentary petrology, Editör: Carver, R.E., Wiley-Interscience, New York, 69-94.
• Gaudette, H.E., Flight, W.R., Tonner, L., Folger, D.G., 1974. An inexpensive titration method for the determination of organic carbon in recent sediments. Journal of Sedimentary Research, 44, 249-253.
• Hallı, M., 2014. Ergene Nehri’nin Ege Denizi’ne Olan Kirlilik Etkisinin Güncel Çökel Jeokimyası ve Sedimantolojik Yöntemlerle Araştırılması. İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve İşletmeciliği Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 86 s., (yayımlanmamış).
• Hallı, M., Sarı, E., Kurt, M.A., 2014. Assessment of arsenic and heavy metal pollution in surface sediments of the Ergene River, Turkey. Polish Journal of Environmental Studies, 1581-1590.
• Karabulut, A.T., 2004. Biga Yarımadasında Jura Öncesi Muhtemel Bir Ofiyolit Topluluğu. İstanbul Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans tezi, 41 s., (yayınlanmış).
• Karbassi, A.R., Monavari, S.M., Bidhendi Gh. R., Nouri, J., Nematpour, K., 2008. Metal pollution assessment of sediment and water in the Shur River. Environmental Monitoring and Assessment, 147, 107-116.
• Krauskopf, K.B., 1979. Introduction to Geochemistry, 2nd edition. International series in the Earth and Planetary Sciences. McGraw-Hill, New York, 617 s.
• Loring, D.H., Rantala, R.T.T., 1992. Manual for the geochemical analyses of marine sediments and suspended particulate matter. Earth-Science Reviews, 32 (4), 235-283.
• Malvandi, H., 2017. Preliminary evaluation of heavy metal contamination in the Zarrin-Gol River sediments, Iran. Marine Pollution Bulletin, 117, 547-553.
• McManus, J., 1988. Grain size determination and interpretation, (Techniques in Sedimentology, Editör: Tucker, M.,). Blackwell Scientific Publication, Oxford, 63-85.
• Mohsen, M., Wang, Q., Zhang, L., Sun, L., Lin, C., Yang, H., 2019. Heavy metals in sediment, microplastic and sea cucumber Apostichopus japonicas from farms in China. Marine Pollution Bulletin, 143, 42-49.
• Mülayim, A., Balkıs, N., Balkıs, H., Aksu, A., 2012. Distributions of the metals in the surface sediments of the Bandırma and Erdek Gulfs, Marmara Sea, Turkey. Toxicological and Environmental Chemistry, 94 (1), 56-69.
• Sakan, S.M., Dordevic, D.S., Monojlovic, D.D., Predrag, P.S., 2009. Assessment of heavy metal pollutants accumulation in the Tisza river sediments. Journal of Environmental Management, 90, 3382-3390.
• Sarı, E., 2008. Source and distribution of heavy metals in river sediments from the southern drainage basin of the Sea of Marmara, Turkey. Fresenius Environmental Bulletin, 17 (12), 2007-2019.
• Sarı, E., Ünlü, S., Apak, R., Balcı, N., Koldemir, B., 2013. Evaluation of contamination by selected elements in a Turkish Port. Polish Journal of Environmental Studies, 22, 841-847.
• Sarı, E., Çağatay, M.N., Acar, D., Belivermiş, M., Kılıç, Ö., Arslan, T.N., Tutay, A., Kurt, M.A., Sezer, N., 2018. Geochronology and sources of heavy metal pollution in sediments of Istanbul Strait (Bosporus) outlet area, SW Black Sea, Turkey. Chemosphere, 205, 387-395.
• Sutherland, R.A., 2000. A comparison of geochemical information obtained from two fluvial bed sediment fractions. Environmental Geology, 39 (3-4), 330-341.
• Tchounwou, P.B., Yedjou, C.G., Patlolla, A.K., Sutton, D.J., 2012. Heavy metals toxicity and the environment. EXS 101 (101), 133-164.
• Ternek, Z., Erentöz, C., Pamir, H.N., Akyürek, B., 1987. 1/500.000 ölçekli Türkiye Jeoloji Haritası, İstanbul Paftası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayınları, Ankara.
• Ünlü, S., Topçuoğlu, S., Alpar, B., Kırbaşoğlu, C., Yılmaz, Y.Z., 2008. Heavy metal pollution in surface sediment and mussel samples in the Gulf of Gemlik. Environmental Monitoring and Assessment, 144, 169-178.
• Ünlüata, Ü., Oğuz, T., Latif M.A., Özsoy, E., 1990. On The Physical Oceanography of The Turkish Straits. The Physical Oceanography of the Sea Straits. NATO/ASI Series, 25-60.
• Yıldız, M., Gürkan, M.O., Turgut, C., Kaya, Ü., Ünal, G., 2005. Tarımsal savaşımda kullanılan pestisitlerin yol açtığı çevre sorunları (Environmental problems of pesticides used in plant protection), VI. Türkiye Ziraat Mühendisliği Teknik Kongresi, 3–7 Ocak 2005, TMMOB Ziraat Mühendisleri Odası, Ankara.
• Yüce, H., Türker, A., 1991. Marmara Denizi’nin fiziksel oşinografik özellikleri ve Akdeniz suyunun Karadeniz’e girişi. Uluslararası Çevre Sorunları Sempozyumu Tebliğleri, İstanbul Marmara Rotary Kulübü, İstanbul, 284-303.
• Yümün, Z.Ü., Kam, E., Önce, M., 2019. Analysis of toxic element with ICP-OES and libs methods in marine sediments around the sea of Marmara in Kapıdağ Peninsula. Journal of Engineering Technology and Applied Sciences, 4 (1), 43-50.