Konya çevresindeki toprakların jeokimyası
Geochemistry of the soils in the vicinity of Konya
Yazar: BİLGEHAN YABGU HORASAN
Danışman: DOÇ. DR. FETULLAH ARIK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışma, Konya yerleşim alanı merkez Selçuklu, Karatay ve Meram İlçelerinin önemli bir bölümünü kapsayan yaklaşık 600 km2'lik bir alanda bulunan toprakların, jeokimyasal özelliklerine bağlı olarak topraklarda geojenik, madencilik ve antropojenik ağır metal dağılımı ve kirliliğinin belirlenmesi, modellenmesi ve yorumlanması amacıyla gerçekleştirilmiştir.
İnceleme alanı Alp – Himalaya Orojenik Kuşağı içinde Anatolidler ve Toridler'in geçişinde Anatolitlerin güney kenarını oluşturan "Kütahya- Bolkardağı kuşağı"nın orta kesiminde yer almaktadır. Konya yerleşim alanı batı kesiminde Konya fay zonu, kuzeyde Karaömerler, doğuda Divanlar ve Göçü fayları ile sınırlanmış bir çöküntü havzasında yer alır. 
Sahada Paleozoyik'ten günümüze kadar oluşmuş metamorfik, magmatik ve sedimanter kayaçlar yüzeylemekte, temel ve örtü birimleri olmak üzere başlıca iki grupta ele alınmıştır. Temel birimler, daha çok kentin batı kesimindeki eğim atımlı Konya Fay Zonu ile sınırlanmakta olup morfolojik olarak dağlık alanları oluşturmaktadırlar. Bu birimler, Bozdağlar Masifi'ne ait olan Sızma ve Ardıçlı grupları ile Hatıp ofiyolitli karışığı ve Çayırbağı ofiyolitlerinden oluşmaktadır. Örtü birimleri ise çoğunlukla yerleşim alanı ve yakın çevresindeki ovalık alanlarda yoğunlaşmış olup temel birimlerin üzerinde açılı uyumsuzlukla yer alan Dilekçi Grubu'na ait karasal ve gölsel kırıntılılarla tersiyer döneminde gelişmiş volkanik ürünlerle temsil edilmektedir. Pleyistosen Holosen döneminde ise gölsel-karasal geçişler sunan ve göl içine malzeme taşıyan akarsulara bağlı olarak oluşan farklı özellikte kırıntılılar oluşmuştur. 
İnceleme alanında iklim, topoğrafya ve kaynak malzeme yani jeolojik özelliklerin farklılıkları nedeniyle değişken kalınlık ve bünyeye sahip zonal, intrazonal ve azonal ordolara ait topraklar bulunmaktadır. Zonal topraklar; Kahverengi topraklar (B), Kırmızımsı kestane rengi topraklar (D), Kırmızımsı kahverengi topraklar (F), Kireçsiz kahverengi topraklar (U) ve Kireçsiz kahverengi orman toprakları (N) ile temsil edilmektedir. İntrazonal topraklardan sadece Hidromorfik alüvyal topraklar (H) bulunurken Azonal topraklar ise; Alüvyal topraklar (A), Kolüvyal topraklar (K), Regosoller (L) ve Çıplak kayalık (ÇK, litosoller) topraklardır 
Metalik maden yataklarının çevresindeki kayaçlar, topraklar, sular ve bitkilerde yerel ekosisteme bağlı olarak metal kirliliklerinin olduğu bilinmektedir. Konya yerleşim alanının hemen kuzeybatısında bulunan terkedilmiş Sızma-Ladik (Konya) civa yatakları, civanın yanı sıra bir çok ağır metal bakımından zengindir. Ayrıca Konya batısındaki volkanizmaya bağlı olarak yer yer küçük boyutlu Fe-Cu-Pb-Zn zenginleşmeleri ve altın yataklarının yanı sıra Çayırbağı ofiyolitleri içinde magnezit, Cr, Fe ve Ni zenginleşmeleri bulunmaktadır. Ayrıca yörede çok sayıda kil, kırmataş, mermer, yapı ve kaplama taşı üretimi yapılmaktadır. Alanın önemli bir bölümünde halen tarımsal faaliyetler sürdürülmekte olup organize, yerel ve küçük ölçekli sanayiler, çimento, şeker, mermer fabrikaları, terkedilmiş maden işletmeleri ve bunlarla içiçe toplu ve müstakil konut ve yerleşim alanları ve önemli karayolları gibi kirlilik kaynakları bulunmaktadır. 
Zonal topraklarda ortalama % 16.16 Ca, % 3.87 Al, % 2.34 Fe, % 2.53 Mg ve % 1.14 K, 537 ppm Mn, 24 ppm As, 404 ppm Ba, 18 ppm Co, 146 ppm Cr, 18 ppm Cu, 183 ppm Ni, 20 ppm Pb, 297 ppm Sr, 58 ppm V ve 50 ppm Zn bulunmaktadır. İntrazonal topraklarda ortalama % 15.94 Ca, % 4.96 Al, % 2.75 Fe, % 2.4 Mg ve % 1.44 K'un yanısıra 432 ppm Mn, 21 ppm As, 283 ppm Ba, 13 ppm Co, 77 ppm Cr, 22 ppm Cu, 96 ppm Ni, 18 ppm Pb, 883 ppm Sr, 66 ppm V ve 56 ppm Zn bulunmaktadır. Azonal topraklarda ise ortalama % 15.01 Ca, % 4.66 Al, % 2.39 Fe, % 2 4 Mg, % 1.39 K, 545 ppm Mn, 22 ppm As, 434 pmm Ba, 15 ppm Co, 94 ppm Cr, 25 ppm Cu, 103 ppm Ni, 24 ppm Pb, 708 ppm Sr, 2.3 ppm U, 65 ppm V ve 62 ppm Zn bulunmaktadır. 
İnceleme alanındaki toprakların tamamında ise ortalama % 15.56 Ca, % 4.43 Al, % 2.43 Fe, % 2.44 Mg, % 0.31 Na, % 1.31 K, 524 ppm Mn, 22 ppm As, 401 ppm Ba, 16 ppm Co, 110 ppm Cr, 21 ppm Cu, 131 ppm Ni, 21 ppm Pb, 495 ppm Sr, 63 ppm V ve 57 ppm Zn vardır. Bazı toprak numunelerinde ağır metallerden As 67 ppm, Cd 0.46 ppm, Co 103 ppm, Cr 1426 ppm, Hg 2.21 ppm, Sb 1.96 ppm, Mo 10.6 ppm, Ni 2010 ppm, Pb 170 ppm, Sb 22 ppm, Sr 4320 ppm, U 10.2 ppm, V 105 ppm ve Zn 100 ppm'e ulaşmaktadır. Faktör analizi sonuçlarına göre; topraklarda değişim içindeki payı % 35.03 olan birinci faktör Ca ve Sr'un negatif yüklerine karşılık Al, Fe, K, Mn, Ti, Cu, Sn, Tl, U, V ve Zn'nun önemli pozitif faktör yükleri ile temsil edilmektedir.  Pozitif ve negatif faktör yüklerine sahip olan elementlerin dağılımına bakıldığında düşük negatif faktör yüklerine sahip olan S ve Se dahil edildiğinde negatif yükler cluster analizinde ki küme analizi dendrogramındaki Ca-Sr-S grubu ile örtüşürken pozitif faktör yüküne sahip olan elementler ise ana bileşenler grubu ile tam olarak örtüşmektedir. Dolayısıyla topraklarda birinci faktör karbonatlı kayaçların ayrışmasını temsil eden atmosferik ayrışma sürecidir. Toplam değişimin 17.32'sini karşılayan ikinci faktör Mg, Co, Cr ve Ni'in önemli pozitif faktör yükleri ile temsil edilmektedir. Bu faktör küme analizi dendrogramında Mg-Ni-Cr grubu ile örtüşmekte olup yöredeki bazik-ultrabazik kayaçların ayrışmasını sağlayan hidrotermal alterasyonu karakterize etmektedir. Çayırbağı ofiyolitlerine ait olan serpantinleşmiş peridotitlerin içinde yaygın olarak bulunan olivin ve piroksenlerin ayrışmasına neden olan yüzey alterasyonu ile genç volkanik faaliyetlere bağlı hidrotermal alterasyonla bu kayaçlar ayrışmış ve açığa çıkan Mg, Co, Cr ve Ni zenginleşmiştir. Bu faktördeki As, Ba, Hg, Pb, Sb, Ta ve Tl'un düşük negatif faktör yükleri hidrotermal aktivite fikrini desteklemektedir. Değişimin % 9.96'sını karşılayan üçüncü faktör Hg, Pb ve Sb'ın önemli As'in düşük pozitif faktör yükleri ile temsil edilmektedir. Bu faktörde pozitif faktör yüklerine sahip olan elementler küme analizi dendrogramındaki toksik metal grubu ile tam olarak örtüşmektedir. Dolayısıyla bu faktör yöredeki genç volkanik faaliyetlere bağlı olarak meydana gelen hidrotermal mineralizasyona ait minerallerin ayrıştıklarını ve toksik metallerin serbest kaldıklarını göstermektedir. Topraklarda değişimin % 6.95'ini karşılayan dördüncü faktör Cd, Mo ve U'un önemli pozitif faktör yükleri ile temsil edilmektedir. Bu faktör küme analizi dendrogramındaki ana bileşenler grubunun içinde yer alan Cd-U-Mo alt grubu ile örtüşmektedir. Her üç element de topraklarda oldukça düşük oranlarda bulunmakta olup ilerleyen ayrışma ile birincil sülfidli minerallerden galenit ve sfalerit gibi minerallerin ayrışması sonucu bu elementlerin de çözünerek topraklara taşındığını göstermektedir. Değişimin % 5.58'ini karşılayan beşinci faktör S ve Sr'un önemli Se'un düşük pozitif yükleri ile temsil edilmekte olup sülfidli minerallerin ayrışması sonucu açığa çıkan kükürdün oksitli formlarının hareketlenmesi ile ortaya çıkmıştır. Altıncı faktör ise P ve Se'un negatif ve S'ün pozitif faktör yükü ile temsil edilmekte olup toplam değişimin % 4.8'inin karşılamaktadır. Kükürdün ortamda bol miktarda bulunmasının nedeni sadece doğal jeolojik faktörlerin değil aynı zamanda askeri ve endüstriyel faaliyetlerin de etkili olduğunu göstermektedir. Fosfor ve Se'un ortamda zenginleşmesine neden olan faktör ise tarımsal faaliyetlerdir. Topraklarda değişimin % 3.89'unu karşılayan yedinci faktör As ve Se'un pozitif; P, Cu ve Sr'un negatif faktör yükleri ile temsil edilmektedir. Topraklarda sekizinci faktör değişimin % 3.64'ünü karşılamakta olup Cd ve Se'un düşük pozitif faktör yükleri ile temsil edilmektedir. Arseniğin böcek ilacı, mermi ve patlayıcı yapımında kullanılması, Se'un birçok gıda maddesinde bol bulunması, P'un tarımsal gübrelerde kullanılması, Cd'un pillerde kullanılması bu iki faktörün de doğal jeolojik faktörlerden ziyade insani aktivitelere bağlı olduğunu ortaya koymaktadır.
Sonuç olarak Konya yerleşim alanındaki topraklar As, Cr ve Ni bakımından ülkemizle birlikte Avusturya, Polonya, Almanya, Avrupa Birliği, Rusya, İngiltere ve ABD için izin verilen en yüksek değerleri aşmaktadır. Co, Mo, Pb, Sr ve Sb ise kentin bazı bölgelerinde risk unsuru oluşturmaktadır.
Ana materyal olarak kabul edilen karbonatlı kayaçların yüzey ayrışması ile Ca, Mg, Sr ve Se, asidik silikatlı kayaçların ayrışması ile Al, Fe, K, Na ve Ti, bazik ve ultrabazik kayaçların ayrışması ile Mg, Cr, Ni, Co, Cu ve Fe, hidrotermal mineralizasyonların ayrışması ile de toksik metallerden S, Pb, Zn, Hg, Sb, As, Cd, Ta, Tl ve Ba topraklarda birikerek zenginleşmiştir. P, Sr, S, U, Mo, Cd, As, Tl gibi bazı elementler ise doğal ve jeolojik faktörlerin yanısıra şehirleşme, tarımsal, askeri ve sağlık faaliyetlerine bağlı olarak dağılım göstermektedir.

Abstract:
This study, was conducted in an area of approximately 600 km2 in the city center of Konya, covering important parts of the Selçuklu, Meram and Karatay counties. In this study, the identification, modeling and interpretation of geogenic, mining and antropogenic heavy metal distribution and pollution of soils depending on geochemical characteristics are aimed. 
The study area is located  in the the central part of the Kütahya- Bolkardağ zone, forming the southern margin of the Anatolides and in the transition zone of Anatolides to Taurides in the  Alpine - Himalayan Orogenic Belt. Konya residential area is a depression basin bounded by faults such as Konya fault zone in the west, Karaömerler Fault in the north and Divanlar ve Göçü faults in the east.
Paleozoic to the present metamorphic, igneous and sedimentary rocks crops out in the study area and these units were discussed under two main groups as basement and cover units. Basement units are mostly bordered by Konya dip-slip fault zone in the western part of the city and, is morphologicaly a mountainous areas as morphological. These units comprises the Sızma and Ardıçlı groups belong to the Bozdağlar massif and Hatip ophiolite complex and Çayırbağı ophiolites. The cover units mainly occur at the urban area and nerly lowland areas. They were represented by terrestirial and lacustrime clastics, product of tertiary volkaniks belong to the Dilekçi Group which is taken place unconformably on the basement rocks. During Pleistocane – Holocae period, lacustrime and terrestirial sediments having lateral and vertical trassition were deposited.
Due to different climate, topography and geological features in source material, soils belonging to Zonal, Azonal and Intrazonal Ordos with variable thickness and structure were formed in the study area. Zonal soils are represented by brown soils (B), reddish chestnut soils ( D), reddish-brown soils (F), Non-calcareous brown soils (U) and Non-calcareous brown forest soils (N). Intrazonal soils occur in only hydromorphic alluvial soils (H ), while the Azonal soils occurs in alluvial soils (A) , Colluvial soils (K), Regosols (L) and bare rocks (ÇK, litosols).
Metal pollution is known in the rocks, soils and vegetations depending on local ecosystems around the metallic ore deposits. Abandoned Sızma - Ladik (Konya) mercury deposits located in just northwest of Konya  residential area were enriched in mercury as well as many other heavy metals. Also small-sized Fe- Cu-Pb -Zn enrichments and gold deposits in places were resulted from the volcanism in the west of the Konya and, Cr, Fe and Ni as well as magnesite enrichments in Çayırbağı ophiolites. In addition, a large number of local clay, crushed stone, marble, and stone flooring plants are active. Agricultural activitiesy are still ongoing ın significant portion of the study area and organized, local and small -scale industries, cement, sugar, marble factories, abandoned mines and their nested public and private housing droundit, residential areas and major highways are the source of pollution sources.
Zonal soils contain, in average, 16.16% Ca, 3.87% Al, 2.34% Fe, 2.53% Mg, 1.14% K, 537 ppm Mn, 24 ppm As, 404 ppm Ba, 18 ppm Co, 146 ppm Cr, 18 ppm Cu, 183 ppm Ni , 20 ppm Pb, 297 ppm Sr, 58 ppm Zn and 50 ppm V. Intrazonal soils have mean % 15.94 Ca, 4.96% Al, 2.75% Fe, 2.4% Mg and 1.44% K as well as 432 ppm Mn , 21 ppm As, 283 ppm Ba, 13 ppm Co , 77 ppm Cu , 22 ppm Cu , 96 ppm Ni, 18 ppm Pb , 883 ppm Sr, 66 ppm Zn and 56 ppm V. Azonal soils have average 15.01% Ca, 4.66% Al , 2.39% Fe, 2% 4 Mg, 1.39% Na, 545 ppm Mn, 22 ppm As, 434 pmm Ba, 15 ppm Co, 94 ppm Cr, 25 ppm Cu, 103 ppm Ni, 24 ppm Pb, 708 ppm Sr, 2.3 ppm U, 65 ppm Zn and 62 ppm V.
All of the soils in the study area have average of 15.56% Ca, 4.43% Al, 2.43% Fe, 2.44% Mg, 0.31% Na, 1.31% K, 524 ppm Mn, 22 ppm As, 401 ppm Ba, 16 ppm Co, 110 ppm Cr, 21 ppm Cu, 131 ppm Ni, 21 ppm Pb, 495 ppm Sr, 63 ppm V and 57 ppm Zn.  The concentrations of some heavy metals are as follow As 67 ppm, Cd 0.46 ppm, Co 103 ppm, Cr 1426 ppm, Hg 2.21 ppm, Sb 1.96 ppm, Mo 10.6 ppm, Ni 2010 ppm, Pb 170 ppm, Sb 22 ppm, Sr 4320 ppm, U 10.2 ppm, V 105 ppm ve Zn 100 ppm. Acccording to the Factor analysis, First factor sharing % 35.03 of the varration in soils is represented by negative load of Ca and Sr and, positive load of  Al, Fe, K, Mn, Ti, Cu, Sn, Tl, U, V and Zn. When considering the distribution of elements having negative and positive load, after adding S and Se having low negative factor loads, negative loads correspond to the Ca-Sr-S group in the dendogram, while elements with positive load totaly overlap with the main compounds. Therefore, first factor repsents the atmospheric decomposition of carbonate rocks. Second faktör sharing % 17,32 of the total variation is represented by significant positive load of Mg, Co, Cr and Ni. This factor overlaps with Mg-Ni-Cr group on the dendogram of cluster analysis and is related to the hydrothermal alteration of ultrabasic rocks in the study area. The surfacial alteration causing the decomposition of olivine and pyroxene commonly found in serpentinizeol peridotit of the Çayırbağı ophiolite and hydrothermal alteration caused by young volcanic activites produced Mg, Co, Cr, and Ni and their soil become rerıched in these elements, the weak negative factor lodings of As, Ba, Hg, Pb, Sb, Ta and Tl in this factor support the idea of hydrothermal activities. Third factor covering % 9.96 of variance is represented by significant positive load of Hg, Pb, Sn and, weak positive load of As. In these factor, elements having positive factor load comaide with the toxic metal group on the dendegram of cluster analysis. Therefore this factor points the alteration of hydrothermal minerals formed in relation to the young volcanic activities and release of toxic metals. Fourth factor corresponding to the %6.95 of variance is represented by significant positive factor load of Cd, Mo and U, This faktor overlap with the subgroub of Cd-U-Mo in main compenent group on the dendogram of cluster analysis. All these three elements are in very low concentration in the soils by solutation ongrnated from decomposition of primary sulphid minerals such as galeniteand sfalerit. Fifth factor covering % 5,58 of the variance is repsenent by significant positive loads of S and Sr and weak positive loads of Se. This factor points that these elements were trasported into soil by mobilization of sulphur oxides released as a result of decomposition of suphid minerals. Sixth factor is represented by negative load of P and Se and negative load of S corespond to % 4,8 of the total variance.  The abundant occurences of sulpher implies that the sulpher content in the soils is derived not only from natural geological factors but also from military and indudustrial activities. The enrichment of P and Se is related to the agricultural activities. Seventh factor corresponding % 3,89 of the variance in the soils is represented by positive load of As and Fe and negative load of P,Cu, and Sr. Eight factor correspond to the % 3,64 of the variance and is represented by weak positive load of Cd and Se. Ar used in pesticide and in explosives, Se is abundant in some food, P is the main component of some fertilizers and Cd is used in batteries. Therefore, the 7th and 8th factors point activities by human rather than natural geological factors. 
As a conclusıon, As, Cr and Ni contents of soils in residential areas of Konya exceeds the maximum permissible values in soils in our country and other countries such as Austria, Poland, Germany, European Union, Russia, the United Kingdom and the United States. Co, Mo, Pb, S, Sb contenst of soils in some parts of the city poses risks.
Ca, Mg, S and Se in the soil have been enriched by surface weathering of carbonaceous rocks; Al , Fe, K , Na and Ti  by the decomposıtıon of acidic silicate rocks; Mg, Cr, Ni, Co, Cu and Fe by alteration of basic and ultrabasic rocks and, toxic metals such as S, Pb, Zn, Hg, Sb, As, Cd, Ta, Ti and Ba by weathering of hydrothermal mineralization. The concentration of some elements such as P, Sr, S, U, Mo, Cd, As, Tl etc. show that their distributions are related to both natural and geological factors and human activities such as urbanization and agricultural, military and medical operations.