Investigation of Hydrogeochemical Characteristics and Quality of the Water Resources in Şiran (Gümüşhane) District Center, Turkey

Abstract

The study area is located of Şiran District Center in the southwest of Gümüşhane (NE Turkey). In this study, hydrogeochemical characteristics of water resources in district center were examined and metal element contents were determined. In the study area, the basement rocks are represented by Eocene Kelkit formation, which is composed of sandstone, claystone, marl, shale and tuff, and this unit is covered unconformably by the Quaternary aged alluvium. These units form granular porous unconfined aquifers according to the hydrogeological features. The pH, specific conductance (SC) and hardness (Fr°) values of the water resources in the study area varied between 5.41-7.48, 106.9-141.3 µS/cm and 4.72-6.78 (n= 18), respectively. According to the classification of Intra-Continental Water Resources, these data show that the samples are mostly class-I and II, rarely class-III water quality characteristics. The water resources in the study area are generally classified as Ca-Mg-HCO3 type carbonated (Ca+Mg>Na+K), and generally their weak acids are more than strong acids (HCO3>SO4+Cl). In the study area, (Ca+Mg)/(SO4+HCO3) ratios indicated the effect of silicate weathering in the waters, and the Cl/(Cl+HCO3) and (Na+K)/(Na+K+Ca) ratios show that the chemistry of waters is controlled by the chemical weathering of rock-forming minerals, hence, reflect the water-rock interaction. Except for a few, the concentration of dissolved potentially toxic elements in the water samples were distributed within acceptable limits. Consequently, the hydrogeochemical results showed that the water resources in the study area were in the category of good class waters in terms of drinking water.

Keywords

• Hydrogeochemistry
• pH
• Water Quality
• Şiran (Gümüşhane)

Şiran (Gümüşhane) İlçe Merkezi Su Kaynaklarının Kalitesi ve Hidrojeokimyasal Özelliklerinin Değerlendirilmesi

Abstract

İnceleme alanı, Gümüşhane (KD Türkiye) ilinin güneybatısında yer alan Şiran ilçe merkezini kapsamaktadır. Bu çalışmada, ilçe merkezindeki suların hidrojeokimyasal karakteristikleri incelenmiş ve metal element içerikleri belirlenmiştir. İnceleme alanında, temel birimleri kumtaşı, kiltaşı, marn, şeyl ve tüf ardışımından meydana gelen Eosen yaşlı Kelkit Formasyonu oluşturmakta olup Kuvaterner yaşlı alüvyon ile uyumsuz bir şekilde örtülmüştür. Bu birimler hidrojeolojik özelliklerine göre taneli gözenekli serbest akiferleri oluşturmaktadır. Örneklerin pH, özgül elektriksel iletkenlik (ÖEİ) ve toplam sertlik (Fr°) değerleri sırasıyla 5.41-7.48, 106.9-141.3 μS/cm ve 4.72-6.78 (n= 18) arasında değişmektedir. Bu veriler, Kıta İçi Yerüstü Su Kaynakları sınıflamasına göre, suların çoğunlukla I. ve II. sınıf, az oranda ise III. sınıf kalitede olduğunu göstermektedir. İnceleme alanındaki sular genelde Ca-Mg-HCO3 tipli karbonatlı (Ca+Mg>Na+K) olup, zayıf asit kökleri güçlü asit köklerinden (HCO3>SO4+Cl) daha fazladır. İnceleme alanındaki suların (Ca+Mg)/(SO4+HCO3) oranları sularda silikat ayrışmasının etkisini işaret etmekte, Cl/(Cl+HCO3) ve (Na+K)/(Na+K+Ca) oranları ise, bu suların kimyasının kayaç yapıcı minerallerin kimyasal ayrışması tarafından kontrol edildiğini, dolayısıyla su-kayaç etkileşimini göstermektedir. Su örneklerindeki çözünmüş potansiyel toksik element içerikleri, birkaç örnek dışında, kabul edilebilir sınırlar arasında dağılım sergilemektedir. Sonuç olarak, elde edilen hidrojeokimyasal veriler, inceleme alanındaki suların genel olarak içme suyu açısından iyi sınıf sular kategorisinde yer aldığını göstermiştir.

Keywords

• Hidrojeokimya
• pH
• Su Kalitesi
• Şiran (Gümüşhane)

References

1. Akbulut K., Akaryalı E., Akpınar İ., Atay U., (2014), Gümüşdamla Yayla (Kelkit- Gümüşhane) Pb-Zn±Au±Ag Cevherleşmesinin Petrografisi ve Cevher Mikroskobisi. 67. Türkiye Jeoloji Kurultayı, MTA, Ankara.
2. Akbulut K., Akaryalı E., Aydınçakır E., Akpınar, İ., (2015), Ünlüpınar Kelkit Gümüşhane Pb Zn Au Cevherleşmesinin Jeolojik Jeokimyasal ve Kökensel Olarak İncelenmesi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(1), 34-39.
3. Akın H., (1979), Geologie, Magmatismus und Lagerstättenbildung im ostpontischen Gebirge/Türkei aus der Sicht der Plattentektronik, Geologische Rundschau, 68, 253-283.
4. Akıncı Ö.T., (1984), The Eastern Pontide Volcano-sedimentary Belt and Associated Massive Sulphide Deposits, in: Dixon, J.E., Robertson, A.H.F. (Eds), The Geological Evolution of the Eastern Mediterranean: Geological Society, London, Special Publications 17(1), 415-428.
5. APHA, AWWA, WEF, (2017), Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd Edition, Washington DC, USA.
6. Appelo C.A.J., Postma D., (2005), Geochemistry, Groundwater and Pollution (second edition), A.A. Balkema Publishers, Leiden, the Netherlands, 598ss.
7. Atabey E., (2005), Tıbbı Jeoloji, TMMO Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, 124-134.
8. Balaram V., Vummiti D., Roy P., Taylor C., Kar P., Raju A.K., Abburi K., (2013), Determination of Precious Metals in Rocks and Ores by Microwave Plasma-Atomic Emission Spectrometry for Geochemical Prospecting Studies. Current Science, 104 (9), 1207-1215.

9. Baysal A., (1999), Beslenme, Hatipoğlu Yayınevi, Ankara, ss.131-147.
10. Bergougnan H., (1976), Structure de la Chaine Pontique dans le HautKelkit (nord-est de l’Anatolie), Bulletin de la Société Géologique de France, 18, 675-686.
11. Cederstorm D.J., (1946), Genesis of groundwater in the coastal plain of Virginia, Environmental Geology, 41, 218-245.
12. Çoğulu E., (1975), Gümüşhane ve Rize Granitik Plütonlarının Mukayeseli Petrolojik ve Jeokronometrik Etüdü, Doçentlik Tezi, İÜ Maden Mühendisliği, İstanbul.
13. Das B.K., Kaur P., (2001), Major ion chemistry of Renuka lake and weathering processes, Sirmaur district, Himachal Pradesh, India. Journal of Environmental Geology, 40, 908-917.
14. Dokuz A., (2011), A Salb Detachment and Delemanition Model for the Generation of Carboniferous High Potassium I-Type Magmatisim in the Easrtern Pontides: The Köse Composite Pluton, Gondwana Research, 19, 926-944.
15. Dündar Y., Aslan R., (2005), Yaşamı Kuşatan Ağır Metal Kurşunun Etkileri, Kocatepe Tıp Dergisi, 6, 1-5.
16. Freeze R.A., Cherry J.A., (1979), Groundwater. Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, vol. 7632, 604, USA.
17. Gibbs R.J., (1970), Mechanism Controlling World Water Chemistry. Science 170 (3962), 1088-1090.
18. Göncüoğlu M.C., (2010), Türkiye Jeolojisine Giriş: Alpin ve Alpin Öncesi Tektonik Birliklerin Jeodinamik Evrimi. MTA Genel Müdürlüğü, Monografi Serisi No: 5. Ankara 69s.
19. Güler Ç., Çobanoğlu Z., (1994), Su Kirliliği. Çevre Sağlığı Temel Kaynak Dizisi. No: 12, Ankara. ISBN 975-7572-60-8.
20. Gültekin F., Dilek R., (2005), Gümüşhane Yöresi Mineralli Su Kaynaklarının İz Element ve Radyoaktivite İçerikleri. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 29, 36-43.
21. Gültekin F., (1998), Gümüşhane ve Bayburt Yöresi Mineralli Su Kaynaklarının Hidrokimyası ve İzotopik Özellikleri. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
22. Güven İ.H., (1993), Doğu Karadeniz Bölgesi’nin 1/25.000 Ölçekli Jeolojisi ve Komplikasyonu. MTA, Ankara.
23. Jankowski K., Yao J., Kasiura K., Jackowska A., Sieradzka A., (2005), Multielement Determination of Heavy Metals in Water Samples by Continuous Powder Introduction Microwave-Induced Plasma Atomic Emission Spectrometry After Preconcentration on Activated Carbon. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 60, 369-375.
24. Kandemir R., Yılmaz C., (2009), Lithostratigraphy, Facies and Deposition Environment of the Lower Jurassic Ammonitico Rosso Type Sediments (ARTS) in the Gumushane Area, NE Turkey: Implications for the Opening of the Northern Branch of the Neo-Tethys Ocean, Journal of Asian Earth Sciences, 34, 586-598.
25. Karslı O., Dokuz A., Kandemir R., (2016), Subduction-related Late Carboniferous to Early Permian Magmatism in the Eastern Pontides, the Camlik and Casurluk Plutons: Insights from Geochemistry, Whole-rock Sr-Nd and In Situ Zircon Lu-Hf Isotopes, and U-Pb Geochronology. Lithos, 266-267, 98-114.
26. Katz B.G., Coplen T.B., Bullen T.D., Davis J.H., (1998). Use of Chemical and Isotopic Tracers to Characterize the Interaction between Groundwater and SurfaceWater in Mantled Karst. Groundwater, 35, 1014-1028.
27. Kaygusuz A., Arslan M., Sipahi F., Temizel İ., (2016), U-Pb Zircon Chronology and Petrogenesis of Carboniferous Plutons in the Northern Part of the Eastern Pontides, NE Turkey: Constraints for Paleozoic Magmatism and Geodynamic Evolution. Gondwana Research, 39, 327-346.
28. Matthess G., (1982), The Properties of Groundwater. J.C. Haryey, John Wiley and Sons., Inc., Canada, 406ss.
29. Maya A.L., Loucks M.D., (1995), Solute and Isotopic Geochemistry and Groundwater Flow in the Central Wasatch Range, Utah, Journal of Hydrology,172 (1-4), 31-59.
30. McNeely R.N., Neimanis V.P., Dwyer L., (1979), Water Quality Sourcebook-A Guide to Water Quality Parameters: Inland Waters Directorate, Water Quality Branch, Ottowa, Canada, 88ss.
31. Okay A.İ., Şahintürk Ö., (1997), Geology of the Eastern Pontides, in: Robinson, A.G. (Ed), Regional and Petroleum Geology of the Black Sea and Surrounding Region. AAPG Bulletin, 68, 291-311.
32. Okay A.İ., Tüysüz O., (1999), Tethyan Sutures of Northern Turkey. The Mediterranean Basin: Tertiary Extension within the Alpine Orogen, Geological Society London Special Publications, 156, 475-515.
33. Okay A.İ., (1989), Tectonic Units and Sutures in the Pontides, Northern Turkey, in: Şengör, A.M.C. (Ed), Tectonic Evolution of the Tethyan Region: NATO ASI Series C259, Kluwer, Dordrecht, 109-116.
34. Okay A.İ., (2008), Geology of Turkey: A Synopsis. Anschnitt, 21, 19-42.
35. Özbolat G., Tuli A., (2016), Ağır Metal Toksisitesinin İnsan Sağlığına Etkileri. Arşiv Kaynak Tarama Dergisi, 25(4), 502-521.
36. Pelin S., (1977), Alucra (Giresun) Güneydoğu Yöresinin Petrol Olanakları Bakımından Jeolojik İncelemesi, KTÜ Yayınları, 87, 103.
37. Piper A.M., (1944), A Graphic Procedure in the Geochemical Interpretation of Water Analyses. Transactions of the American Geophysical Union, 25, 914-923.
38. Sarin M.M., Krishnaswamy S., Dilli K., Somayajulu B.L.K., Moore W.S., (1989), Major ion chemistry of the Ganga-Brahmaputra river system: Weathering process and fluxes to the Bay of Bengal. Geochimica et Cosmochimica Acta, 53, 997-1009.
39. Schoeller H., (1955), Géochimie des eaux souterraines. Rev. Inst. Franç. Pétrole, Paris, 10. No. 3-4.
40. Schoeller H., (1965), Hydrodynamique Lans Lekarst (Ecoulemented Emmagusinement). Actes Colloques Doubronik, I, AIHS et UNESCO, ss. 3-20.
41. Schoeller H., (1977), Geochemistry of groundwater. In: Groundwater studies - An international guide for research and practice. UNESCO, Paris, Ch. 15, ss.1-18.
42. Sipahi F., (2005), Zigana Dağı (Torul-Gümüşhane) Volkanitlerindeki Hidrotermal Ayrışmaların Mineraloji ve Jeokimyası, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Trabzon.
43. Sipahi F., Sadıklar M.B., (2014), Geochemistry of Dacitic Volcanics in the Eastern Pontides (NE Turkey). Geochemistry International, 4, 329-349.
44. Sipahi F., Uslu S., (2016), Investigation of the Quality and Physical-Geochemical Characteristics of the Drinking Water in Gümüşhane (Turkey) City Central. Arabian Journal of Geosciences, 9, 600. doi: 10.1007/s12517-016-2620-6.
45. Sipahi F., Gücer M.A., Sadıklar M.B., (2019), Zigana Dağı (Gümüşhane, KD Türkiye) Dayklarının Jeokimyası ve Jeolojik Anlamı. Yerbilimleri, 40(3), 293-325.
46. Sipahi F., Gücer M.A., Sadıklar M.B., (2020), Nature of clays in Late Cretaceous dacitic rocks in the eastern Sakarya Zone (NE Turkey): A geochemical and isotopic approach. Turkish Journal of Earth Sciences, 29 (6), 831-852.
47. Soylak M., Doğan M., (2000), Su Kimyası. Erciyes Üniversitesi Yayınları Yayın No: 120, Kayseri, ss.79-83.
48. Stallard R.F., Edmond J.M., (1983), Geochemistry of the Amazon: 2. The Influence of Geology and Weathering Environment on the Dissolved Load. Journal of Geophysical Research: Oceans, 88 (C14), 9671-9688.
49. Stumm W., Morgan J.J., (1970), Aquatic Chemistry: An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Waters, New York: Wiley-Interscience, 583ss.
50. Subramani T., Rajmohan N., Elango L., (2010), Groundwater geochemistry and identification of hydrogeochemical processes in a hard rock region, Southern India. Environmental Monitoring and Assessment, 162, 123-137.
51. Şengör A.M.C., Yılmaz Y., (1981), Tethyan Evolution of Turkey: a Plate Tectonic Approach. Techtonophysics, 75, 181-241.
52. Tokel S., (1972), Stratigraphical and Volcanic History of the Gümüşhane Region (Ne Turkey). PhD Thesis, University Colloge, London.
53. Topuz G., Altherr R., (2004), Pervasive Rehydration of Granulites During Exhumation-an Example from the Pulur Complex, Eastern Pontides, Turkey. Mineralogy and Petrology, 81, 165-185.
54. Topuz G., Altherr R., Schwarz W.H., Dokuz A., Meyer H.P., (2007), Variscan Amphibolite-Facies Rocks from the Kurtoğlu Metamorphic Complex. Gümüşhane Area, Eastern Pontides, Turkey. International Journal of Earth Sciences, 96, 861-873.
55. Topuz G., Altherr R., Wolfgang S., Schwarz W.H., Zack T., Hasanözbek A., Mathias B., Satır M., Şen C., (2010), Carboniferous high-Potassium I-Type Granitoid Magmatism in the Eastern Pontides: The Gümüşhane Pluton (NE Turkey). Lithos, 116, 92-110.
56. TSE, (2005), TS 266, Türk İçme Suyu Standartları. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
57. URL-1, (2011), Agilent 4100 Microwave Plasma Atomic Emission Spectrometer. Agilent Technologies, Inc., https://www.agilent.com/ en/products/mp-aes/mp-aes-systems/4100-mp-aes. [Erişim 08 Nisan 2019].
58. URL-2, (2012), Yerüstü Su Kalitesi Yönetimi Yönetmeliği, Resmi Gazete 28483 (Değişik: RG-10/8/2016-29797), Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Ankara, https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2016/08/20160810-9.htm. [Erişim 11 Mart 2019].
59. Uslu S., (2014), Gümüşhane İl Merkezi İçme Sularının Fiziksel ve Jeokimyasal Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gümüşhane.
60. Vysetti B., Vummiti D., Roy P., Taylor C., Kamala C.T., Satyanarayanan M., Kar P., Subramanyam K.S.V., Raju A.K., Abburi K., (2014), Analysis of Geochemical Samples by Microwave Plasma-AES. Atomic Spectroscopy, 35 (2), 65-78.
61. WHO, (2014), Guidelines for Drinking-water Quality (Third Edition), Incorporating the First and Second Addenda, https://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq0506.pdf. [Erişim 11 Mart 2019].
62. Yılmaz Y., (1972), Petrology and Structure of the Gümüşhane Granite and Surrounding Rock, NE Anatolia. PhD Thesis, University of London, UK.
63. Yılmaz Y., Tüysüz O., Yiğitbaş E., Genç Ş.C., Şengör A.M.C., (1997), Geology and Tectonics of the Pontides, in: Robinson, A.G. (Ed), Regional and Petroleum Geology of the Black Sea and Surrounding Region. AAPG Memoirs, 68, 183-226.
64. Yousef A.F., Saleem A.A., Baraka A.M., Aglan O.S.H., (2009), The Impact of Geological Setting on the Groundwater Occurrences in some Wadis in Shlatein-Abu Ramad Area, SE Desert, Egypt. European Water, 25(26), 53-68.
65. Zaloğlu N., (2001), Manganezin Biyolojik Sistemlerdeki Etkileri. Türk Biyokimya Dergisi, 26 (2), 61-69.