Elemental Analysis and Mapping of Some Natural Waters in Eastern Black Sea Region and Investigation of Their Effects on Environment and Human Health

Abstract

In this study, it was aimed to make an elemental analysis of the natural spring waters in 7 cities (Artvin, Rize, Trabzon, Giresun, Ordu, Gümüşhane and Bayburt) in the Eastern Black Sea region and to determine the elemental distribution of the entire region using geostatistical analysis with the help of this analysis. In accordance with this purpose, elemental analyses (Na, Al, P, Cl, K, Ca, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn) were carried out with the help of ICP-OES device for 40 samples of natural spring water in Eastern Black Sea Region. The average chemical analysis values ​​for each element in Eastern Black Sea Region were as 10270, 215, 122, 4749, 1093, 15960, 59, 5, 89, 18, 10 and 90 μg / L, respectively. The results were generally consistent with the permissible limits of World Health Organization and the Ministry of Health of the Republic of Turkish. In addition, a general harmony was observed as a result of the comparison made with similar studies carried out at different points in the world. Using geostatistical analysis, the distribution of each element was determined and mapped in the study area. By means of these distribution maps, an estimated result could also be obtained about the chemical distributions of waters in unsampled locations. Finally, the possible effects of the analyzed elements on human health and which areas being under risk due to excess elements were discussed in this study.

Keywords

• Natural Spring Water,Elemental Analysis,Geostatistical Analysis,Health Risk,Eastern Black Sea Region

Doğu Karadeniz Bölgesindeki Bazı Doğal Kaynak Sularının Elemental Analizi ve Haritalandırılması ile Çevre ve İnsan Sağlığına Etkilerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, Doğu Karadeniz Bölgesi’ndeki 7 ildeki (Artvin, Rize, Trabzon, Giresun, Ordu, Gümüşhane ve Bayburt) doğal kaynak sularının elemental analizinin yapılması ve bu analiz yardımıyla, jeoistatistik analiz kullanılarak bölgenin tamamının elemental olarak dağılımının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, Doğu Karadeniz Bölgesi’ndeki 40 adet doğal kaynak suyu örneğinde ICP-OES cihazı yardımı ile elemental analiz (Na, Al, P, Cl, K, Ca, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn) yapılmıştır. Her bir element için Doğu Karadeniz Bölgesi’ndeki ortalama kimyasal analiz değerleri sırasıyla; 10270, 215, 122, 4749, 1093, 15960, 59, 5, 89, 18, 10 ve 90 µg/L olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçların genel olarak Dünya Sağlık Örgütü ve Türkiye Cumhuriyeti Sağlık Bakanlığı’nın izin verilebilir değerleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca dünya üzerinde farklı noktalarda gerçekleştirilen benzer çalışmalarla da yapılan karşılaştırma neticesinde genel bir uyum gözlenmiştir. Jeoistatistik analiz kullanılarak her bir elementin çalışma alanındaki dağılımı belirlenmiş ve haritalandırılmıştır. Bu dağılım haritaları vasıtasıyla, numune alınmamış yerlerdeki suların da kimyasal dağılımları hakkında tahmini bir sonuç elde edilebilmiştir. Son olarak, bu çalışmada analiz edilen elementlerin insan sağlığı için olası etkileri ve hangi bölgelerin element fazlalığı dolayısıyla risk altında olduğu tartışılmıştır.

Keywords

• Doğu Karadeniz Bölgesi,Doğal Kaynak Suları,Elemental Analiz,Jeoistatistiksel Analiz,Sağlık Riski

References

1. Ahmad, M. K., Islam, S., Rahman, S., Haque, M. R., & Islam, M. M. (2010). Heavy metals in water, sediment and some fishes of buriganga river, Bangladesh. Int. J. Environ. Res, 4(2), 321–332.
2. Alabdula’aly, A. I., & Khan, M. A. (2009). Heavy metals in cooler waters in Riyadh, Saudi Arabia. Environmental Monitoring and Assessment, 157(1-4), 23–28. http://doi.org/10.1007/s10661-008-0511-3
3. Armstrong, M. (1998). Basic Linear Geostatistics (Springer). Berlin: Springer Science & Business Media. Retrieved from http://books.google.com/books?id=-9vp1lVuMCsC&pgis=1
4. Baume, O., Skøien, J. O., Heuvelink, G. B. M., Pebesma, E. J., & Melles, S. J. (2011). A geostatistical approach to data harmonization - Application to radioactivity exposure data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 13(3), 409–419. http://doi.org/10.1016/j.jag.2010.09.002
5. Dabeka, R. W., Conacher, H. B. S., Lawrence, J. F., Newsome, W. H., McKenzie, a, Wagner, H. P., … Pepper, K. (2002). Survey of bottled drinking waters sold in Canada for chlorate, bromide, bromate, lead, cadmium and other trace elements. Food Additives and Contaminants, 19(8), 721–732. http://doi.org/10.1080/02652030210140905
6. Dragović, S. D., Janković-Mandić, L. J., Dragović, R. M., Dordević, M. M., & Dokić, M. M. (2012). Spatial distribution of the 226Ra activity concentrations in well and spring waters in Serbia and their relation to geological formations. Journal of Geochemical Exploration, 112, 206–211. http://doi.org/10.1016/j.gexplo.2011.08.013
7. Fatima, I., Zaidi, J. H., Arif, M., & Tahir, S. N. A. (2007). Measurement of natural radioactivity in bottled drinking water in Pakistan and consequent dose estimates. Radiation Protection Dosimetry, 123(2), 234–240. http://doi.org/10.1093/rpd/ncl093
8. Ihaka, R., & Gentleman, R. (1996). R: A Language for Data Analysis and Graphics. Journal of Computational and Graphical Statistics, 5(3), 299–314. http://doi.org/10.1080/10618600.1996.10474713

9. Isaaks, E. H., & Srivastava, R. M. (1989). Applied Geostatistics (first edn). London, U.K.: Oxford University Press.
10. Karamanis, D., Stamoulis, K., & Ioannides, K. G. (2007). Natural radionuclides and heavy metals in bottled water in Greece. Desalination, 213(1-3), 90–97. http://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.604
11. Kobya, Y. (2009). Doğu Karadeniz Bölgesindeki Doğal Kaynak ve Maden Sularında Radyoaktiflik Tayini. Doktora Tezi, KTÜ, Trabzon.
12. Krige, D. G. (1966). Two-dimensional weighted moving average trend surfaces for ore-evaluation. J. South Afr. Inst. Min. Metall., 66, 13–38.
13. McGrath, D., Zhang, C., & Carton, O. T. (2004). Geostatistical analyses and hazard assessment on soil lead in Silvermines area, Ireland. Environmental Pollution, 127(2), 239–248. http://doi.org/10.1016/j.envpol.2003.07.002
14. Pebesma, E. J., & Bivand, R. S. (2005). Classes and methods for spatial data in R. R News, 4(2), 9–13.
15. Pebesma, E. J., & Wesseling, C. G. (1998). Gstat: a program for geostatistical modelling, prediction and simulation. Computers & Geosciences, 24(1), 17–31. http://doi.org/10.1016/S0098-3004(97)00082-4
16. Pérez-Rodríguez, R., Marques, M. J., & Bienes, R. (2007). Spatial variability of the soil erodibility parameters and their relation with the soil map at subgroup level. Science of the Total Environment, 378, 166–173. http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2007.01.044
17. Tavares, M. T., Sousa, a. J., & Abreu, M. M. (2008). Ordinary kriging and indicator kriging in the cartography of trace elements contamination in Sao Domingos mining site (Alentejo, Portugal). Journal of Geochemical Exploration, 98, 43–56. http://doi.org/10.1016/j.gexplo.2007.10.002
18. Virha, R., Biswas, A. K., Kakaria, V. K., Qureshi, T. A., Borana, K., & Malik, N. (2011). Seasonal variation in physicochemical parameters and heavy metals in water of Upper Lake of Bhopal. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 86(2), 168–174. http://doi.org/10.1007/s00128-010-0172-0
19. Webster, R., & Oliver, M. A. (2007). Geostatistics for Environmental Scientists (Wiley). John Wiley & Sons. Retrieved from http://books.google.com/books?id=WBwSyvIvNY8C&pgis=1
20. Xie, Y., Chen, T., Lei, M., Yang, J., Guo, Q., Song, B., & Zhou, X. (2011). Spatial distribution of soil heavy metal pollution estimated by different interpolation methods: accuracy and uncertainty analysis. Chemosphere, 82(3), 468–476. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.09.053
21. Quantum GIS Geographic Information System, Open Source Geospatial Foundation Project,2014,http://qgis.osgeo.org,Quantum GIS Development Team
22. R: A language and environment for statistical computing, reference index version 2.2.1.,2005,http://www.r-project.org,R Development Core Team
23. Rosborg I., Nihlgård B., Gerhardsson L., Gernersson M.L., Ohlin R., Olsson T.,oncentrations of inorganic elements in bottled waters on the Swedish market,217–227,2005,27(3)
24. Rusconi R., Forte M., Abbate G., Gallini R., Sgorbat G.,Natural radioactivity in bottled mineral waters: A survey in Northern Italy,421–427,2004,260(2)
25. Sarma D.D.,Geostatistics with Applications in Earth Sciences,206,Springer,Netherlands,2009
26. Doğal Mineralli Sular Hakkında Yönetmelik,Ankara,T.C. Resmi Gazete,http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2004/12/20041201.htm#5,Sağlık Bakanlığı
27. Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği,T.C. Resmi Gazete,2004,http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2004/12/20041231.htm#9,Çevre ve Orman Bakanlığı