Büyük Menderes Havzası'nda iklim değişikliğinin sedimentteki metal mobilizasyonuna olan etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of climate change on metal mobilization in sediment in the Büyük Menderes Basin
Yazar: NIGAR ZEYNALOVA
Danışman: PROF. DR. AHMET DEMİRAK ; DR. FEYYAZ KESKİN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
İklim değişikliği sıcaklık, yağış ve hava koşullarındaki değişiklikleri içeren küresel bir sorun olmakla birlikte, çözülmesinden ziyade yönetilmesi gereken bir sorundur. Sanayi devrimiyle artan insan faaliyetleri, atmosfere yayılan sera gazlarını arttırarak iklim değişikliği üzerinde etkili olmakla birlikte farklı potansiyel risklere sahip pek çok kirleticinin ekosisteme verilmesine neden olmuştur. Bu tehlikeli kirletici gruplarından biri de toprak ve sedimentlerde fazla miktarda bulunan ve birikebilen ağır metallerdir. Toprak ve sedimentler ağır metalleri  depolama ve hareketsizleştirme kapasitesine sahiptir, ancak metallerin birikimini etkileyen faktörlerde değişiklik olduğunda mobilitelerinde artışlar görülebilir ve böylece daha tehlikeli hale gelirler. Günümüzde bu değişikliklere yol açan en önemli faktörlerden biri iklim değişikliğidir.
Bu çalışmada Büyük Menderes Havzası'nda kuraklık etkisi altındaki 19 farklı noktadan su, sediment, toprak ve bitki örnekleri alındı. Su, sediment ve toprak örneklerinde fizikokimyasal parametreler ve Fe, Cu, Mn, Zn, Cd, Pb, As, Hg  metallerinin  toplam ve farklı kimyasal fraksiyonlardaki konsantrasyonları, bitki örneklerinde ise sadece bu metallerin toplam konsantrasyonları ölçüldü. Sediment ve toprakta metallerin fraksiyonlarına ayrılması işlemi BCR prosedürüne göre yapıldı, örnekler mikrodalga ile çözündürüldükten sonra metal konsantrasyonları ICP-OES ile ölçüldü. Fizikokimyasal ölçüm sonuçları toprakta pH 7,89, OM 7,0 (%), ORP 160 (mV), tuzluluk 1,40 (‰) ve EC 2560 (µS/cm) iken, sedimentte pH 8,0, OM 6 (%), ORP 146 (mV), tuzluluk 0,74 (‰) ve EC 1180 (µS/cm) ortalama olarak tespit edildi. Buna göre topraktaki OM, ORP, EC ve tuzluluk değerlerinin sedimente göre daha yüksek, ancak pH'nın  daha düşük olduğu ve sonuçlar arasındaki bu farkların istatistiksel olarak anlamlı olduğu tespit edildi (p<0,05). Sediment ve toprak örneklerinde ortalama toplam metal konsantrasyonlarının sıralaması Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>As>Hg>Cd olarak belirlendi. Sediment ve topraktaki metal konsantrasyonları kıyaslandığında ise Pb hariç diğer metallerin toprakta daha yüksek olduğu tespit edildi. Sediment ve toprak örneklerinde ağır metal fraksiyonlarının konsantrasyonları ve yüzde dağılımları değerlendirildiğinde mobil fraksiyon yüzdelerinin (% F1 ve % F2) toprakta daha yüksek olduğu (p<0,05), ayrıca farklı indeksler dikkate alınarak yapılan çevresel risk değerlendirmesinde topraktaki  potansiyel risklerin de daha yüksek olduğu tespit edildi. Bununla birlikte metallerin biyobirikimini değerlendirmek için beş farklı bitkinin örneklerinde her bir metal için BCF indeksi hesaplandı ve en yüksek birikim topraktan alınan Typha latifolia bitkisinde Hg için tespit edildi. TCR, HQ ve HI  indeksleri kullanılarak yapılan halk sağlığı risk değerlendirmesinde toprak örneklerindeki risklerin daha yüksek olduğu belirlendi. 
Sonuç olarak toprak ve sediment örneklerindeki fizikokimyasal parametreler ve metal fraksiyonlarındaki farklılıklar dikkate alındığında, iklim değişikliğine bağlı olarak değişen atmosferik koşullarla doğrudan temas halinde olan topraklarda metallerin mobilitelerinde artışlara neden olabileceği ve kuraklık sonucu sulak alanlardaki sedimentin zamanla toprağa dönüşerek depo halindeki metallerin çevre ve sağlık açısından potansiyel risk oluşturacağı görülmektedir. Bu yüzden iklim değişikliğinin etkileri yalnızca kuraklık ve su kaynaklarının kuruması gibi anlık etkilerle değil, çevreyi ve halk sağlığını bütünüyle etkileyebilecek zincirleme reaksiyon mekanizmaları da dikkate alınarak değerlendirilmelidir. 

Anahtar Kelimeler: Ağır metal mobilitesi, toprak, sediment, iklim değişikliği, toprak etkileşimleri, Büyük Menderes Havzası

Abstract:
Climate change is a global problem involving changes in temperature, precipitation and weather conditions, but it is a problem that needs to be managed rather than solved. Increasing human activities with the industrial revolution have an impact on climate change by increasing greenhouse gases emitted into the atmosphere and have caused many pollutants with different potential risks to be released into the ecosystem. One of these dangerous pollutant groups is heavy metals, which are found in large amounts and can accumulate in soil and sediments. Soil and sediments have the capacity to store and immobilize heavy metals, but when there are changes in the factors affecting the accumulation of metals, their mobility may increase and thus become more hazardous. Today, one of the most important factors causing these changes is climate change.
In this study, water, sediment, soil and plant samples were taken from 19 different points under the influence of drought in the Büyük Menderes Basin. Physicochemical parameters and concentrations of Fe, Cu, Mn, Zn, Cd, Pb, As, Hg metals in total and different chemical fractions were measured in water, sediment and soil samples, and only total concentrations of these metals in plant samples were measured. The fractionation of metals in sediment and soil was carried out according to the BCR procedure, and after the samples were dissolved by microwave, metal concentrations were measured by ICP-OES. Physicochemical measurement results were pH 7,89, OM 7,0 (%), ORP 160 (mV), salinity 1,40 (‰) and EC 2560 (µS/cm) in the soil, while pH 8,0, OM 6 (%) in the sediment. ), ORP 146 (mV), salinity 0,74 (‰) and EC 1180 (µS/cm) were detected on average. Accordingly, it was determined that OM, ORP, EC and salinity values in the soil were higher than in the sediment, but pH was lower and these differences between the results were statistically significant (p <0,05). The order of average total metal concentrations in sediment and soil samples was determined as Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>As>Hg>Cd. When metal concentrations in sediment and soil were compared, it was determined that other metals except Pb were higher in the soil. When the concentrations and percentage distributions of heavy metal fractions in sediment and soil samples were evaluated, it was found that the percentages of mobile fractions (% F1 and % F2) were higher in the soil (p<0,05), and the potential risks in the soil were also higher in the environmental risk assessment made by considering different indices. However, to evaluate the bioaccumulation of metals, the BCF index was calculated for each metal in the samples of five different plants, and the highest accumulation was detected for Hg in the Typha latifolia plant taken from the soil. In the public health risk assessment using TCR, HQ and HI indices, it was determined that the risks in soil samples were higher.
As a result, considering the differences in physicochemical parameters and metal fractions in soil and sediment samples, it is seen that the atmospheric conditions changing due to climate change may cause an increase in the mobility of metals in soils that are in direct contact with changing atmospheric conditions due to climate change, and the sediment in wetlands will turn into soil over time as a result of drought, and the stored metals will pose a potential risk to the environment and health. Therefore, the effects of climate change should be evaluated not only by instantaneous effects such as drought and drying of water resources, but also by taking into account chain reaction mechanisms that may affect the environment and public health as a whole.

Keywords: Heavy metal mobility, soil, sediment, climate change, soil interactions, Büyük Menderes Basin