Distribution and source apportionment of sediment PAHs in Gulf of Gemlik, Sea of Marmara, Turkey (Gemlik Körfezi yüzey çökellerinde petrol aromatik hidrokarbonların dağılımı ve kaynaklarının tanımı)


Ünlü S., ALPAR Ş. B.

62. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Turkey, 1 - 04 April 2009, pp.80-81

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Ankara
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.80-81

Abstract

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a family of chemical compounds that are known to
contain harmful substances, some of which may be carcinogenic. PAHs in marine sediments originate
from three main sources. Diagenic and petrogenic PAHs were produced by biogenic precursors and by
diagenic processes at low temperatures over geologic time scales, respectively. Pyrogenic PAHs result
from incomplete combustion of organic substances including fossil fuels and biomass. Volcanic
activity and forest fires, which do not significantly contribute to overall PAH emission, are natural
sources of pyrogenic PAHs, while pyrogenic anthropogenic sources, which are mostly resulted from
combustion of materials for energy supply and waste minimalization, contributes much to overall PAH
emission in the environment. In closed and semi-closed environments, such as the Gulf of Gemlik in
the Sea of Marmara, Turkey, the latest industrial and agricultural developments and rapid urbanization
cause significant increase of PAH concentrations especially in sea bottom sediment. Elementary PAH
inputs may be from stationary sources (e.g., industry, residential heating, power and heat generation)
or from mobile sources (e.g., all kind of gasoline and diesel engines, incineration of municipal and
industrial wastes and agricultural burning). Most of them can be transported over long distances before
they are deposited in sediment.
Quantitative analyses showed that elevated concentrations of sediment PAHs in the Gulf of Gemlik
demonstrate uneven distribution patterns throughout the gulf. But they show weak correlations with
sediment texture and total organic carbon content, implying that there are direct pollution inputs
affecting the sediment quality. In addition, the lighter PAH compounds are less hydrophobic and less
persistent than the heavier ones. Therefore characteristic distribution of PAH species show some
spatial discrepancies throughout the gulf; such that fluoranthene and pyrene are dominant in the
central part while perylene, Benzo[ghi]perylene and indeno[l,2,3-cd]pyrene are dominant along the northern coastal areas. In order to identify the main sources of the sediment PAHs and to distinguish natural contamination from those arising from human activities, principal component analysis with Varimax rotation was employed. It is a useful tool for extracting regularities directly from the input
data without referring to classes known in advance. The input data includes 13 parent PAHs of 62
bottom sediment samples from coastal and central parts of the gulf. Through Kriging analysis
widespread contamination were identified along the eastern and southern shores possibly due to ports and harbors, fuel storage terminals and anchoring areas. Multiple linear regression analysis of the absolute factor scores against the standard normalized deviate of the sum of PAHs were used to
quantify such kind of major source contributions. In one of the groups separated from others, total
toxic B[a]P equivalency (TEQcarc) values were found elevated which poses considerable hazard to benthic organisms

Petrol aromatik hidrokarbon (PAH) bile??ikleri ba??lıca do??al yollarla ve organik maddelerin
tamamlanmamı?? yanmaları sonucu olu??an antropogenik süreçler ile denizel ortama katılırlar. Fosil
yakıtların sızıntısı, evsel-endüstriyel atıkların de??arjı, atmosferik partiküllerin çökelmesi, egzoz
gazlarının yo??unla??ması veya yüzey suları akı??ı gibi yollarla deniz ortamına giren PAH bile??iklerinin
hafif molekül a??ırlıklı olanlarının suda emisyon olu??turma özellikleri azdır ve bunların a??ır moleküllü
hidrokarbon bile??iklerine göre buharla??ma yetenekleri daha fazladır, di??er anlamda kolaylıkla
biyolojik bozunuma u??rarlar. PAH bile??ikleri bazen yerinde olu??an biyogenik bozu??um nedeniyle
diyagenetik yollarla, bazen de petrogenik olarak olu??urlar. Biyo-jeokimyasal çalı??malarda PAH
bile??iklerinin da??ılımı yanında, olası kaynaklarının ara??tırılması ve bunların de??i??ik ortam ??artlarından
nasıl etkilendiklerinin belirlenmesi de gerekmektedir.
Marmara Denizinin en kirli alanlarından biri olan Gemlik Körfezinden toplanan 62 adet yüzey çökel
örne??indeki gaz kromatografisi-kütle spektrometresi ile ölçülen 13 adet PAH bile??iklerinin
konsantrasyon artı??ları geni?? bir spektrumda da??ılım göstermektedir. Bu bile??iklerinin miktar tayinleri
kirletici kaynak ayrımı için yeterli olmayıp, bu amaçla çe??itli oran, indis ve istatistiksel analizler
kullanılır. Bu çalı??mada Gemlik Körfezi güncel çökellerinde gözlenen PAH’ların temel kaynaklarını
belirlemek ve do??al kaynakların insan kaynaklı kaynaklarla olan ayrımını yapabilmek için Varimax
rotasyonu ile ana bile??enler analizi (PCA) uygulanmı??tır. Aralarında yüksek ilgile??im bulunan çok
de??i??kenli verileri aralarında ilgile??im olmayan yeni bir koordinat sistemine dönü??türen bu yöntem,
kaynak türlerini önceden bilmeden sadece çok de??i??kenli giri?? verilerini kullanarak regresyon analizi
yapabilmektedir. Analiz sonucu elde edilen faktör skoru mutlak de??erlerinin, ortalaması çıkarılıp
standart sapmasına bölünmü?? toplam PAH de??erlerine yapılan çoklu do??rusal regresyon analizi ile
kirletici ana kaynakların yüzde da??ılımları belirlenmi??tir.
Gemlik Körfezinde toplam PAH konsantrasyonları silt/kil yapısı ve organik karbon içeri??i ile önemli
korelasyonlar göstermez (r2= 0.30 ve 0.18). Özellikle do??u ve güneydeki yakın-kıyı alanlarında
yayılım gösteren yüksek de??er da??ılımlarının temel kaynakları, nehir girdileri, gemicilik ve liman
faaliyetleri, yerel ve endüstriyel fabrika atı??ı de??arjları, hızlı ekoturizm ve atmosferik girdilerdir.
Körfezin orta ve kuzey kesimlerindeki PAH bile??enlerinin karakteristik da??ılımları daha farklı
bulunmu??tur. Körfez ortası kesimlerde fluoranthene ve pyrene baskın iken kuzey sahile yakın
sahalarda perylene, Benzo[ghi]perylene ve indeno[l,2,3-cd]pyrene daha baskındır. Farklı PAH
bile??iklerinin kaynaklarının neler olabilece??i ve bunların birbirleriyle olan ili??kisini açıklayabilmek
için bazı özel bile??en oranları de??erlendirilmi??tir. Perylenin penta-aromatik izomerler içindeki yüksek
oranlarının özellikle kuzeyde ve körfezin derin kesimlerinde da??ılması, kirletici kayna??ın bu kesimde
kısmen diagenetik bir orijine sahip oldu??unu göstermektedir. Elde edilen veriler Gemlik Körfezi ve
çevresindeki su havzasının çevre etki de??erlendirilmesine katkıda bulunmakta, ayrıca PAH
bile??iklerinin yarı kapalı denizel ortamlarda nasıl davrandı??ını anlamamıza olanak tanımaktadır.