Durgun kıta içi su ortamlarında ötrofikasyon ve ağır metal ile ilgili süreçlerin etkileşimlerinin modellenmesi

Sanayi devrimi ile birlikte antropojenik kaynaklı baskılar ağır metallerin sucul ortamlara ulaşımını arttırmıştır. Ağır metaller sucul ortamlardaki birikicilik, toksisite, kanserojen etkileri nedeniyle önemli kirleticiler olup, sucul ortamda ve canlılar üzerindeki etkileri birçok bilimsel çalışmada incelenmiştir. Ağır metal kirliliğine bağlı olarak sucul canlılarda tür sayısının azaldığı, bazı türlerin ortamdan kaybolduğu ya da ağır metallere toleransı yüksek olan türlerin ortamda baskın olduğu görülebilmektedir. Özellikle sucul canlıların karaciğer ve solungaç gibi dokularında birikmekte ve besin zincirine girişim yapmaktadırlar. Ağır metallerin sucul ortamlardaki taşınım, çözünme, çökelme, kompleks oluşumu, adsorpsiyon ve biyoakümülasyon mekanizmaları oldukça karmaşık süreçler olup, suyun fizikokimyasal özelliklerinden etkilenmektedir. Ayrıca sedimanda depolanan metaller, oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarından doğrudan veya dolaylı olarak etkilenmektedirler. Doğal bir süreç olan ötrofikasyon prosesi sucul ortamların birçok fizikokimyasal özelliğini etkilemektedir. Buna göre özellikle göl ekosistemlerinde ötrofikasyon ile ağır metal kirliliği arasındaki ilişkinin su kolonu ve sedimanda gerçekleşen fiziksel, kimyasal ve biyolojik prosesler göz önünde bulundurularak incelenmesi gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Göl ekosistemlerinde ağır metal konsantrasyon değişimlerinin ötrofikasyon ile ilişkili olduğu farklı çalışmalar ile ortaya konulmuş olup, bu tez çalışması kapsamında yapılan literatür araştırması ile detaylı olarak incelenmiştir. Ağır metallerin ötrofikasyon ile ilişkisinin belirlenmesi matematiksel modelleme çalışmaları ile de desteklenmelidir. Laboratuvar ve izleme çalışmalarının uzun ve zahmetli süreçler olduğu göz önünde bulundurulduğunda, göl ekosistemlerine ağır metallerin taşınım ile değişim ve dönüşümlerinin fizikokimyasal ve biyokimyasal prensiplere dayanarak matematiksel olarak tahmin edilebilmesi için kullanılabilecek matematiksel modellere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın amacı kütlenin korunumu ve enerjinin korunumu kanunlarını temel alarak matematiksel bir göl ötrofikasyon modeli oluşturmak ve ötrofikasyonun su kütlelerinde ağır metal konsantrasyonlarına etkilerinin araştırılmasıdır. Bu amaçla, geliştirilen biyokimyasal model GoldSim yazılımında kurulmuş, tam karışımlı bir göl için çalıştırılmış ve çeşitli simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Oluşturulan göl ekosistem modeli Beyşehir Gölü'nde ve gölü besleyen akarsularda yapılan örnekleme ve ölçüm sonuçları ile test edilmiştir. Çıktılar toplam azot, toplam fosfor, toplam organik karbon, klorofil-a, sıcaklık ve çözünmüş oksijen parametreleri için değerlendirilmiş ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmanın devamında demir ve mangan ağır metallerinin ötrofikasyon ile etkileşimi farklı senaryolar ile incelenmiştir. Oluşturulan model, tür dağılımını pH'ya bağlı olarak hesaplayabilmekte olup, demir ve manganın suda çözünebilen miktarlarını tahmin edilebilmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında oluşturulan model bir su ekosisteminde gerçekleşen birçok biyokimyasal ve fizikokimyasal prosesi bütüncül bir yaklaşım ile ifade edebilmektedir. Bu sayede, suyun pH'sı, kirleticilerin tür dağılımı hesaplanabilmektedir. Oluşturulan model, ötrofikasyon ile ağır metallerin etkileşimini incelemek amacıyla geliştirilmiş olup, bu konuda temel bir platform sunmaktadır. Açık ve esnek yapısı sayesinde model farklı simülasyon yazılımlarına uyarlanabilir ya da profesyonel bir yazılım haline dönüştürülebilir.