Comparison of the rural atmosphere aerosol compositions at different parts of Turkey

Öz TÜRKİYE'NİN DEĞİŞİK BÖLGELERİNDEKİ KIRSAL ATMOSFER AEROSOL KOMPOSİZYONLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Doğan, Güray M. Sc, Çevre Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Gürdal Tuncel Ocak 2005, 195 sayfa Bu çalışmada, Türkiye'nin dört farklı bölgesinde, en az bir yıl süre ile çalıştırılan kırsal istasyonlarda üretilen veriler karşılaştırılarak aralarındaki benzerlik ve farklılıklar ortaya çıkartılmış ve bu dört bölgede ölçülmüş olan aerosol kompozisyonları arasındaki farklılıklara neden olan etmenler incelenmiştir. Çalışmada kullanılan veriler, Akeniz bölgesinde, Antalya'nın yaklaşık olarak 20 km batısında, Karadeniz bölgesinde Amasra'nın 20 km doğusunda, iç Anadolu bölgesinde Ankara'nın 50 km kadar kuzeydoğusunda ve Uludağ'da kurulan dört istasyonda üretilmiştir. Çalışmada yapılan karşılaştırmalarda kullanılan veriler, istasyonlarda daha önce yapılan çalışmalarda üretilmiş olup, bu çalışmada herhangi bir veri Üretilmemiştir. Hem bütün istasyonlarda aynı istatistik modellerle elde edilen sonuçları karşılaştırabilmek, hem de yeni literatüre giren istatistik araçları veri setlerine uygulayabilmek için, bazı istatistik modeller bütün istasyonlardaki verilere bu çalışma çerçevesinde uygulanmıştır. Verilerin, bu şekilde tekrar analizi daha ziyade kaynak tür ve bölgelerinin belirlenmesi için yapılmıştır. İstasyonlarda daha önce yapılan çalışmaların amaçlan farklı olduğundan, her istasyonda aynı parametreler ölçülmemiştir. Antalya ve Amasra istasyonlarında toplanan örnekler INAA, AAS ve IC teknikleri kullanılarak çok sayıda (40 kadar) element ve iyon için analiz edilmiştir. Bu iki istasyonda kullanılan ölçüm ve analiz yöntemleri aynı olduğundan, ölçülen parametreler de aynıdır. Ancak, Çubuk ve Uludağ istasyonlarında, çok daha az sayıda parametre ölçüldüğünden bu istasyonların karşılaştırılması daha sınırlı olmuştur. Çalışmanın amacı, bölgeler arasındaki farklılıklara neden olan etmenlerin ortaya çıkartılması olduğundan, verilerin karşılaştırılması sadece konsantrasyonların karşılaştırılmasıyla sınırlı kalmamış, konsantrasyonların yanında, element ve iyonların gösterdikleri kısa ve uzun dönemli değişimler, bölgesel fonu oluşturan konsantrasyonlar, element ve iyonlar arasındaki korelasyon ilişkileri, bölgelerdeki üst atmosfer hava akış klimatolojileri, bölgelerde ölçülen aerosol kompozisyonlarını etkileyen kaynak türleri ve bu kaynakların bulundukları bölgelerde karşılaştırmıştır. İstasyonlarda ölçülen element ve iyonların konsantrasyonlarının karşılaştırılması, değişik bölgelerdeki aerosollerin kompozisyonları arasında istasyonların kuruldukları yerin özelliklerinden kaynaklanan farklılıklar olduğunu göstermiştir, örneğin Antalya istasyonunda, diğer istasyonlara nazaran çok yüksek Na ve Cl düzeyleri ölçülmüştür. Bu Akdeniz bölgesindeki istasyonun denize çok yakın olmasından kaynaklanmaktadır ve bölgesel bir farklılık değildir. Ancak bunun gibi istasyon noktasının lokal özelliklerinden kaynaklanan farklılıkların yanında, bölgesel farklılıkların da olduğu görülmektedir. Antropojenik IXkökenli element ve iyonların Antalya ve Amasra istasyonlarında ölçülen konsantrasyonları arasında istatistik olarak anlamlı bir fark görülmemiştir. Ancak bu iki istayonda ölçülen konsantrasyon değerleri Orta Anadolu'daki Çubuk ve Uludağ istasyonlarında ölçülen değerlerden en az iki kat yüksektir. Sistematik olarak antropojenik kökenli bütün element ve iyonlarda gözlenen bu farklılık, bölgesel nitelikli olup, Anadolu Platosu'nun yüksek bölgelerinin kıyı kesimlerinden farklı kaynak bölgelerinden etkilendiğini ve/veya Orta Anadolu'ya kirletici taşınımına yol açan mekanizmaların, kıyı bölgelerinde çalışan mekanizmalardan farklı olduğunu göstermektedir. Elementlerin mevsimsel değişimleri aerosol kompozisyonunu etkileyen kaynakların yakın veya uzak olması, emisyonlardaki mevsimsel değişimler, taşınım mekanizmalarındaki mevsimsel değişimler gibi konularda bilgi verdiği için önemlidir. Bu çalışmada da belirtilen konularda bölgeler arasında farklılıkların olup olmadığını anlayabilmek için elementlerin her istasyondaki mevsimsel değişimleri karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmada, bazı element gruplarının farklı bölgelerde gösterdikleri mevsimsel değişikliklerin farklı olduğu görülmüşür. Toprak kökenli elementlerin konsantrasyonlarının bütün istasyonlarda aynı mevsimsel değişikliği gösterdiği görülmektedir. Litofilik elementlerin hepsinin konsantrasyonları yaz mevsiminde yüksek, kış mevsiminde ise yaklaşık 3 kat düşüktür. Toprak elementlerinde gözlenen mevsimsel değişikliğin nedeni, toprak aerosollerinin emisyonlarındaki mevsimsel farklılıklardır. Kış mevsiminde toprak ıslak veya buzla kaplı olduğundan, yüzey toprağından aerosol oluşumu çok sınırlı olmaktadır. Yaz mevsiminde ise kuru olan yüzey toprağından daha fazla aerosol emisyonu olması doğaldır. Antropojenik kökenli elementlerin konsantrasyonları, Amasra, Çubuk ve Uludağ istasyonlarında, yaz ve kış aylarında bir farklılık göstermemektedir. Buna karşılık aynı elementlerin Antalya istasyonunda ölçülen konsantrasyonlarının yaz aylarında, kış mevsimine nazaran, %95 istatistik güvenirlik sınırı içersinde daha yüksek olduğu görülmektedir. Akdeniz bölgesi aerosollerinde görülen mevsimsel değişimlerin diğer üç bölgedekinden farklı olması, Karadeniz ve iç Anadolu bölgelerindeki aerosollerin daha yakınlardaki kaynaklardan etkilenidiğini göstermektedir. Gerek bölgesel düzeyler ve gerekse kaynak bölgelerinin belirlenmesine yönelik çalışmalar, varılan bu sonucu teyid etmektedir. Deniz kökenli aerosollerin konsantrasyonlarındaki mevsimsel değişimlerde, antropojenik elementlerde olduğu gibi, Akdeniz istasyonu ile diğer üç istasyon arasında farklılıklar göstermesine rağmen, gözlenen farklılıklarının bölgesel olmadığı, Antalya istasyonunun, diğer üç istasyona nazaran denize çok yakın olmasından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Akdeniz, Karadeniz ve İç Anadolu bölgelerinin üst atmosfer taşınım klimatolojileri (900, 850 ve 700 mb seviyelerinde hava kütlelerinin her rüzgar sektöründen taşınma frekansı) karşılaştırıldığında, B, BKB, KB ve KKB sektörlerinin toplam hava kütlesi taşınımına en çok katkıda bulunduğu görülmüştür. Batı Avrupa, Doğu Avrupa ve Rusya'daki büyük emisyon kaynaklarının bu sektörlerde olduğu göz önüne alınırsa, söz konusu sektörlerden gelen hava kütlelerinin kirleticileri de getireceği ve bütün bölgelerin Avrupa ve Rusya'daki emisyonların etkisi altında olduğu, bu bölgelerdeki emisyonlarda olacak değişimlerin Türkiye'de de görüleceği söylenebilir. Üst atmosfer akış klimatolojisinin yaz ve kış mevsimlerinde, küçük ancak istatistik olarak anlamlı farklılıklar gösterdiği görülmüştür. Gözlenen farklılıklar kirletici taşınımı açısından değerlendirildiğinde, Karadeniz ve İç XIAnadolu bölgelerinin kış mevsiminde daha çok Batı Avrupa'nın etkisi altında olduğu, yaz mevsimindeyse bu bölgelere kirleticilerin daha ziyade Doğu Avrupa'dan geldiği söylenebilir. Akdeniz istasyonunda ise yaz ve kış mevsimlerindeki üst atmosfer akış klimatolojileri arasında istatistik olarak anlamlı bir farklılık görülmemiştir. Bölgedeki aerosollerin her iki mevsimde de daha çok Batı Avrupa'daki kaynakların etkisi altında olması beklenmektedir. Karadeniz ve İç Anadolu bölgelerinin kış mevsiminde Batı Avrupa'daki, yaz mevsiminde de Doğu Avrupa'daki kaynaklardan etkileniyor olması, istasyonlarda ölçülen S0427N03' oranlarındaki mevsimsel değişiklikler kullanılarak teyid edilmiştir. Bölgelerdeki antropojenik kökenli elementlerin kaynak bölgeleri, Potansiyel Kaynak Katkı Fonksiyonu tekniği kullanılarak belirlenmiştir. Hesaplanan PKKF değerlerinin istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığı 'bootstrap' tekniği ile değerlendirilmiştir. Yapılan hesaplar, çalışmanın yürütüldüğü 3 bölgenin hepsinin, Balkanlar ve Rusya'daki bazı bölgelerdeki kaynaklardan etkilendiğini, ancak bu ortak kaynak bölgelerinin yanında, sadece belirli bölgeleri etkileyen kaynak bölgelerin de olduğu görülmüştür. PKKF hesaplarından çıkartılan diğer bir genel sonuç ise Anadolu Platosu'nun, Karadeniz ve Akdeniz bölgelerine nazaran daha yakınlardaki kaynaklardan etkilendiği olmuştur. Akdeniz, Karadeniz ve İç Anadolu bölgelerindeki aerosollerin kompozisyonlarını belirleyen kaynak bölgelerinin yanında, bu üç bölgedeki aerosolleri oluşturan bileşenler de karşılaştırılmıştır. Böyle bir karşılaştırılmanın yapılabilmesi için, önce her bölgedeki aerosolleri oluşturan bileşenlerin bulunması gereklidir. Her bölgedeki aerosol kütlesini oluşturan bileşenler Positive Matriks Faktörizasyonu yöntemiyle bulunmuştur. Bu teknik daha önceki çalışmaların yapıldığı zamanlarda henüz mevcut olmadığından, PMF hesapları bu çalışma çerçevesinde yapılmıştır. PMF çalışması sonunda, Akdeniz bölgesindeki aerosol kütlesinin 7, Karadeniz aerosollerinin 8, İç Anadolu bölgesindeki aerosollerin de 6 bileşenden oluştuğu görülmüştür. Bu bileşenler arasında, birisi toprak parçacıklarını, diğeri de uzun mesafeli taşınımla bölgeye ulaşan parçacıkları temsil eden iki faktör her üç bölgede de görülmüştür. Bu iki bileşenin her üç bölgedeki kimyasal kompozisyonlarının %95 istatistik güvenilirlik sınırı içersinde aynı olduğu da gösterilmiştir. Ayrıca, gübre kullanımından kaynaklanan ve çok yüksek düzeylerde NlV iyonu içeren bir faktör ile deniz tuzu aerosollerini temsil eden bir faktörün yanı sıra arsenik faktörü de Akdeniz ve Karadeniz aerosolleri için ortak olduğu, ancak bu bileşenlerin iç Anadolu bölgesindeki aerosollerde mevcut olmadığı ortaya çıkmıştır. Her bölgedeki aerosollerin diğer bileşenlerini temsil eden diğer faktörler, o bölgeye özeldir. Bu sonuçlar Akdeniz, Karadeniz ve İç Anadolu bölgelerinin bazı ortak kaynak bölgelerinden etkilendiğini ve bunun sonucu olarak da her bölgede ortak olarak görülen aerosol bileşenlerinin olduğunu, bölgelerdeki aerosol kütlesinin bu ortak özelliklerinin yanında kendilerine özgü kaynak bölgelerinden de etkilendiğini ve kendilerine özgü bileşenlerinin de olduğu ortaya çıkarmaktadır.