Geochemical and statistical approach for assessing heavy metal accumulation in the Southern Black Sea sediments

Güney Karadeniz sedimentlerinde ağır metal birikiminin jeokimyasal ve istatistiksel yönden değerlendirilmesi

Özet

Güney Karadeniz sedimentlerinde ağır metal kirliliğinin değerlendirilmesinde endüstriyel öncesi ağır metal konsantrasyon değerlerinin bilinmesi önemlidir. Ağır metaller, elementler ve bileşiklerin sedimentte birikimi üzerine antropojenik faaliyetlerin etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın amacı, çevre kirliliğinin derecesini değerlendirmek için metal seviyeleri, klorofil bozunma ürünleri, karbonat ve organik karbon seviyelerini araştırmak ve Güney Karadeniz sedimentlerinde bu kirleticilerin orjinini tartışmaktır. Ağır metal, metaloid ve elemnetlerin sonuçları faktör analiz ile değerlendirilmiştir. Faktör analizi sonuçları Mo, Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Mn, Fe, As, Sr, Cd, Sb, Bi, V, Ca, P, Cr, Mg, Ba, Ti, Zr, Sn, S, Y, Hg, organik karbon, karbonat, ve klorofil bozunma ürünleri arasında pozitif ve/veya negatif korelasyonlar olup, bu metallerin farklı antropojenik ve doğal kaynaklara sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca sediment kirliliği değerlendirilmesinde zenginleşme faktörü ve jeoakümülasyon indeksi de kullanılmıştır. Jeoakümülasyon indeksine göre, Güney Karadeniz'in yüzey sedimentleri Cu, Pb, Zn, Mn, Fe, As, Sr, Bi, V, Cr, Mg, Zr, Y, Sb, Sn and Ni açısından kirlenmemiş-kısmen kirlenmiş; Hg ve Cd açısından kısmen kirlenmiş ve S ve Mo açısından ise kuvvetlice kirlenmiştir. Sedimentteki toplam birikim konsantrasyonları endüstriyel öncesi background endüstriyel öncesi background (geçmiş) seviyelerinin üzerinde olmasına rağmen, jeoakümülasyon indeksi yüzey sedimentlerinin P, Ba ve Ti açısından kirlenmediğini göstermektedir. Karbon 14 ile yapılan yaş tayininde KD2A ve KD5A istasyonlarında sırasıyla MS 1350-350 ve MS 1000 yılına ait olduğunu göstermiştir. Bu durum bu istasyonların belirli yerlerinde keskin eğim ve dip taşınımından dolayı Güney Karadeniz'de denizaltı heyalanlarının ve türbidite akışlarının ender olmadığını bize göstermektedir. Dolayısıyla denizeo ortamlarda kirliliğe antropojenik katkının derecesini net bir şekilde ortaya koymak için yaş tayini gereksinimi büyük öneme haizdir.

Abstract

The assessment of heavy metal pollution in the sediment of the Southern Black Sea requires knowledge of pre-anthropogenic metal concentrations. The effects of anthropogenic activities on the accumulation of heavy metals, elements, and other compounds in the sediment were examined. The objective of this study is to investigate the levels of metals, organic carbon, carbonate, and chlorophyll degradation products in order to assess the extent of environmental pollution and to discuss the origin of these contaminants in the sediments of the Southern Black Sea. The heavy metals, metalloid, and elements were assessed by factor analysis. The results of the factor analysis have shown positive and/or negative correlations among Mo, Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Mn, Fe, As, Sr, Cd, Sb, Bi, V, Ca, P, Cr, Mg, Ba, Ti, Zr, Sn, S, Y, Hg, organic carbon, carbonate, and chlorophyll degradation products and has indicated that heavy metals in the sediments of the Southern Black Sea have different anthropogenic and natural sources. Also, a sediment pollution assessment was carried out using the enrichment factor and geoaccumulation index. The Igeo accumulation index shows that the surface sediment of the Southern Black Sea is not contaminated with respect to Cu, Pb, Zn, Mn, Fe, As, Sr, Bi, V, Cr, Mg, Zr, Y, Sb, Sn, and Ni, but is moderately contaminated with respect to Hg and Cd, and moderately to strongly polluted with respect to S and Mo. Despite total sedimentary concentrations above their pre-industrial background levels, $I_{geo}$ shows that the surface sediments are unpolluted with respect to P, Ba, and Ti. The $^14C$ age determinations have shown that surface sediments in stations KD2A and KD5A belong to AD 130-350 and AD 1000 respectively, indicating undersea landslides and turbidity fluxes in the Southern Black Sea are not rare because of the sharp slope in the topography of this region and high bottom transportation in certain places. The requirement of age determination is of great importance to assess the extent of the anthropogenic contribution to pollution.