Marmara Deniz Sedimanlarında Pah Kirliliğinin Ve Anaerobik Pah Yıkım Aktivitelerinin Tespit Edilmesi

Abstract

Bu araştırma, Marmara Denizi sedimanlarındaki polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH) mekansal dağılımı ve kaynağıyla ilgili ilk kapsamlı çalışmayı temsil eder. Marmara Denizi’ndeki sedimanlarda PAH kirliliğinin durumunu değerlendirmek için 2 yılda 10 tortu numunesi toplanmış ve gaz kromografi – kütle spektrometrisi (GC-MS) ile 2 - 6 benzen halkalı PAH’lar analiz edilmiştir. Derişim aralığının dünya çapındaki sedimantal PAH konsantrasyonları ile karşılaştırılması sonucu Marmara Denizi’ndeki sedimanlardaki PAH kirliliğinin yüksekten son derece yüksek ve kroniğe doğru bir eğilim sergilediği gözlemlenmiştir. Marmara Denizi sedimanlarındaki PAH konsatrasyonları (17 izomerin toplamı) diğer bölgelerdeki gözlemlenenlere göre çok yüksektir. Toplam PAH’ların en yüksek konsantrasyonları Haliç ve Tuzla (1694-2154 ppm), İzmit’te (825-1081 ppm) gözlemlenmiştir. Tüm numune alma lokasyonlarında 3’ten fazla halkalı PAH’lar, düşük moleküler ağırlıklı PAH’ların yüksek biyolojik bozunma hızına sahip olmasından dolayı daha küçük halkalı PAH’lardan daha fazladır. Parmak izi analizi, sedimandaki PAH’ların gemi faaliyetlerin dolayı daha fazla petrojenik olduğunu göstermektedir; öte yandan PAH konsantrasyonlarındaki pirojenik orijin, şehirleşmiş alanlardaki yüksek yanma girdilerinden ve kentsel akıştan kaynaklanmaktadır. Biyolojik bozunma çeşitli mikrobiyal metabolik proseslerden faydalanarak aromatik kirleticilerin tam ve maliyet etkin giderilmesi sağlar. Aromatik biyolojik bozunma çevresel temizlikte önemli rol oynar ve biyolojik bozunmanın başlangıcından beri kapsamlı olarak irdelenmektedir. Bu çalışma; deniz sedimanlarında anahtar aromatik hidrokarbon biyolojik bozunma metabolic proseslerinden sorumlu bcrA fonksiyonel genlerin kapsamlı çokluğunu raporlar. Fonksiyonel gen (bcrA) mikrobiyal AnArHC process indikatörü olarak gerçek zamanlı PCR kullanılarak ölçümlenmiştir. AnArHCD organizmalarının çokluğu ve aktivitesinin, aromatik petrol hidrokarbonlarının seviyesi ve bileşimi ile ilgisi, bcrA bolluğu ve PAH derişimlerinin istatiksel olarak birbirleriyle pozitif ilişkili olmasıyla ispatlanmıştır(r=0,98, n=9,5, p<0.5). Sonuç olarak, toplam petrol HC seviyeleri; aşırı kirli deniz ortamlarıyla benzerlik göstermektedir; mikrobiyal hücre içeriği, diğer deniz ortamlarına gore çok daha yüksektir; sedimanlarda ağırlıklı olarak aktif anaerobik hidrokarbon indirgeyicileri bulunmaktadır ve bu mikroplar aktiftir. Marmara Denizi’ndeki kronik hidrokarbon kirliliğini gidermek için insanın daha az müdahale edeceği, sürdürülebilir ve maliyet etkin remidasyon stratejisi kullanılabilir. Bu amaç için en iyi seçenek; anaerobik/ anoksik koşullarda biyoremediasyondur; çünkü sedimanlarda petrolü ayrıştıran anaeroblar bol ve aktiftir.

This investigation represents the first extensive study of the spatial distribution and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in marine sediments from the Marmara Sea. To assess the status of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination in Marmara sea sediments 10 marine sediment samples were collected in two years and analyzed for PAHs with 2–6 benzene rings by gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS). Comparison of the concentration range with a worldwide survey of sedimentary PAH concentrations, ranked PAH contamination in Marmara sea sediments as high to extreme and chronic pollution. The concentrations of PAHs (sum of 17 isomers) in Marmara Sea sediments are high by comparison with those observed in other regions. The highest concentrations of total PAHs were observed at sites Haliç and Tuzla (1694-2154 ppm), İzmit (825-1081 ppm). In all sampling locations more than 3 rings PAHs are more abundant than smaller rings PAHs, which was due to higher biodegradation rate of low moleculer weight PAHs. Fingerprinting analysis indicates that PAHs in the sediment were mostly petrogenic in origin likely due to shipping activities, whereas pyrogenic origin was found for PAHs in some sediment probably due to the high combustion inputs and urban runoffs from urbanized areas. Biodegradation can achieve complete and cost effective elimination of aromatic pollutants through harnessing diverse microbial metabolic processes. Aromatics biodegradation plays an important role in environmental cleanup and has been extensively studied since the inception of biodegradation. This study reported the comprehensive abundance of bcrA functional genes responsible for the key aromatic hydrocarbon biodegradation metabolic processes in marine sediments. Functional gene(bcrA) was quantified using real-time PCR as the microbial AnArHC process indicators. Abundance and activity of AnArHCD organisms were related to level and composition of aromatic petroleum hydrocarbons, which were evident from a statistically significant correlation between bcrA abundance and PAH concentration (r=0,98, n=9,5, p<0.5). In conclusion, the total petroleum HC levels were similar to those from extremely polluted marine environments; the microbial cell contents were very high compared to the other marine environments; the sediments were dominated by anaerobic hydrocarbon degraders, and these microbes were active. A less human intervened, sustainable and cost effective remediation strategy can be used to overcome the chronic hydrocarbon pollution in Marmara Sea. The best candidate for this purpose is bioremediation under anaerobic/anoxic conditions, because oil-degrading anaerobes are abundant and active in the sediments.