Effect of mining activities on heavy metals in soil (As, Cd, Co, Fe andNi): The case of Orhaneli and Büyükorhan (Bursa)

Abstract

Mining activities constitute one of the most important economic activities in their area and their countries. Therefore, mines have a great contribution to the economies of the countries. Besides these advantages, they have disadvantages. There are many disadvantages such as soil, water, air and noise pollution, waste problem and decrease in biodiversity, damage to fauna, degradation of land and increased health problems. For this, besides the contributions of mining to the country's economy, damages should also be considered. Therefore, the aim of this study was to determine the effect of mining activities in Orhaneli and Büyükorhan on the levels of heavy metals (arsenic (As), cadmium (Cd), cobalt (Co), iron (Fe) and nickel (Ni)) in the soil. For this purpose, the study area was divided into 8 km2 grids and 19 soil samples were taken from these grids by systematic random method. As a result of the analysis of soil samples, a database was created in which coordinate values and heavy metal ratios in these coordinates were processed. The distribution of each heavy metal in the study area was analyzed by ordinary kriking methods. The risk assessment of heavy metals was determined by using the Indicator kriking methods. In addition, distance analysis was used to determine the relationship between heavy metals and mines. Pearson ‘Bivariate' correlation analysis found how heavy metal values determined in the research area changed as they approached or moved away from mines. As a result, higher levels were detected in almost all heavy metals in the northern parts of the study area. In addition, the levels below the limit values specified for the Fe element were determined, while the levels above the limit values were determined for As, Cd, Co and Ni. As a result of the relationship between heavy metals and mines, significant relationships were determined.

Keywords

• Heavy metals
• Büyükorhan
• geographical information systems
• mining activities
• Orhaneli
• soil pollution

Project Number

2018-01.BŞEÜ.04-08

MADENCİLİK FAALİYETLERİNİN TOPRAKTAKİ AĞIR METALLER (AS, CD, CO, FE VE NI) ÜZERİNE ETKİSİ: ORHANELİ VE BÜYÜKORHAN (BURSA) ÖRNEĞİ

Abstract

Madenler ve madencilik faaliyetleri bulundukları alandaki ve ülkelerindeki en önemli ekonomik faaliyetlerden birini teşkil etmektedir. Bu nedenle de madenlerin bulundukları alanlara ve ülkelerinin ekonomilerine büyük katkıları vardır. Ancak bu avantajlarının yanı sıra dezavantajları bulunmaktadır. Toprak, su, hava ve gürültü kirliliği, atık problemi, bitki örtüsünün tahrip edilmesi ve biyoçeşitliliğin azalması, faunaya zarar verilmesi ve faunanın göçü, arazinin bozulması ve sağlık problemlerinin artması gibi çok sayıda dezavantajı bulunmaktadır. Bunun için madenciliğin ülke ekonomisine olan katkılarının yanı sıra zararları da düşünülmelidir. Bu nedenle bu çalışmada Orhaneli ve Büyükorhan’da yapılan madencilik faaliyetlerinin topraktaki ağır metal (arsenik (As), kadmiyum (Cd), kobalt (Co), demir (Fe) ve nikel (Ni)) düzeylerine olan etkisini belirlemek amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışma alanı 8 km2 büyüklükteki gridlere bölünmüş ve bu gridler içerisinden sistematik rastgele yöntemle 19 adet toprak numunesi alınmıştır. Toprak numunelerinin analizi sonucunda koordinat değerleri ve bu koordinatlardaki ağır metal oranlarının işlendiği veri tabanı oluşturulmuştur. Araştırma alanındaki her bir ağır metalin mekansal dağılışı jeoistatistiksel yöntemlerden ordinary kriking yöntemi ile analiz edilmiştir. Ağır metallerin risk değerlendirmesi de Lindsay tarafından topraktaki ağır metaller için kritik bulunması gereken değerlere bağlı olarak Indicator kriking yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca ağır metaller ile maden ocakları arasındaki ilişkiyi tespit etmek için de mesafe analizinden yararlanılmıştır. Ağır metal oranlarının olduğu harita üzerine rastgele 100 nokta atanmış ve her bir noktanın ağır metal oranları ile maden ocaklarına olan mesafe değerlendirilmiştir. Araştırma alanında belirlenen ağır metal değerlerinin maden ocaklarına yaklaştıkça ya da uzaklaştıkça nasıl değiştiği Pearson ‘Bivariate' Korelâsyon analizi ile tespit edilmiştir. Sonuç olarak çalışma alanının kuzey kesimlerinde neredeyse tüm ağır metallerde daha yüksek seviyeler belirlenmiştir. Ayrıca yapılan incelemede, yalnızca demir elementi için belirtilen sınır değerlerin altında seviyeler tespit edilirken arsenik, kadmiyum, kobalt ve nikel için sınır değerlerin üstünde seviyeler tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında araştırılan ağır metaller ile maden ocakları arasındaki ilişki sonucunda anlamlı ilişki tespit edilmiştir.

Keywords

• Ağır Metaller
• Büyükorhan
• Coğrafi Bilgi Sistemleri
• Madencilik Faaliyetleri
• Orhaneli
• Toprak Kirliliği

Supporting Institution

Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

Project Number

2018-01.BŞEÜ.04-08

References

1. Referans 1 Angelovičová, L., Fazekašová, D. 2014. Contamination of the soil and water environment by heavy metals in the former mining area of Rudňany (Slovakia). Soil and water research 9(1). 18-24.
2. Referans2 Barkouch, Y., Pineau, A. 2016. Evaluation of the impact of mine activity on surrounding soils of DraaLasfar mine in Marrakech-Morocco. African Journal of Environmental Science and Technology 10 (1), 44-49.
3. Referans3 Cheng, X., Drozdova, J., Danek, T., Huang, Q., Qi, W., Yang, S., ... Zhao, X. 2018. Pollution Assessment of Trace Elements in Agricultural Soils around Copper Mining Area. Sustainability 10 (12), 4533.
4. Referans4 Çelik, M. Y., Sarıışık, A., Gürcan, S. 2003. Mermer ve taş ocaklarının çevreye olan görsel etkileri. Türkiye IV. Mermer Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 463, 466-473. Dağhan, H. 2011 Doğal Kaynaklarda Ağır Metal Kirliliğinin İnsan Sağlığı Üzerine Etkileri. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 16 (2), 15-25.
5. Referans5 Fashola, M., Ngole-Jeme, V., Babalola, O. 2016. Heavy metal pollution from gold mines: environmental effects and bacterial strategies for resistance. International journal of environmental research and public health 13 (11), 1047-1067.
6. Referans6 Ghazaryan, K. A., Movsesyan, H. S., Ghazaryan, N. P., Shalunts, S. V. 2016. Assessment of heavy metal contamination of soils around Agarak (RA) copper-molybdenum mine complex. Proceedings of The Yerevan State University: Chemistry and Biology, Yerevan State University, 34-42.
7. Referans7 https://tr.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCy%C3%BCkorhan [Erişim: 15.01.2020].
8. Referans8Huang, S., Yuan, C., Li, Q., Yang, Y., Tang, C., Ouyang, K., Wang, B. 2017. Distribution and risk assessment of heavy metals in soils from a typical Pb-Zn mining area. Polish Journal of Environmental Studies 26 (3), 1105-1112.

9. Referans9 İnal, C., Yiğit, C.Ö. 2003. Jeodezik Uygulamalarda Kriging Enterpolasyon Yönteminin Kullanılabilirliği. Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Jeodezik Ağlar Çalıştayı, Konya. Kahvecioğlu, Ö., Kartal, G., Güven, A., Timur, S. 2001. Metallerin çevresel etkileri-1. Metalurji Dergisi 136, 47-53.
10. Referans10 Li, Z., Ma, Z., Kuijp, Z., Yuan , Z., Huang, L. 2014. A review of soil heavy metal pollution from mines in China: Pollution and health risk assessment. Science of the Total Environment 468-469, 843-853.
11. Referans11 Lindsay, W.L., 1979, Chemical Equilibria in Soils. Wiley and Sons, N.Y.
12. Referans12 Mandal, B.K., Suzuki, K.T. 2002. Arsenic Round The World: A Review. Talanta 58, 201–235.
13. Referans13 Mutlutürk, M., Altındağ, R. 2010. Terk Edilmiş Mermer Ocakları Çevre Etkileşimi: Burdur-Isparta-Antalya Örnekleri. SDUGEO 4, 39-44.
14. Referans14 Ndinwa, G. C. C., Ohwona, C. O. 2014. Environmental and Health Impact of Solid Mineral Exploration and Exploitation in South-Northern Nigeria: A Case Study of Igarra in Edo State. Review of Environmental and Earth Sciences 1, 24-36.
15. Referans15 Ngole, V. M., Ekosse, G. I. E. 2012. Copper, nickel and zinc contamination in soils within the precincts of mining and land filling environments. International Journal of Environmental Science and Technology 9 (3), 485-494.
16. Referans16 Oladipo, O. G., Olayinka, A., Awotoye, O. O. 2014. Ecological impact of mining on soils of Southwestern Nigeria. Environ. Exp . Biol. 12, 179-186.
17. Referans17 Paktunç, D. 2001. Madencilik ve Çevre Etkileri. Mavi Gezegen Popüler Yerbilimi Dergisi, 4, Ankara.
18. Referans18 Pusa, V. 2008. Açık Ocak İşletmeleri İçin Maden Kapatma Süreci ve Örnek Uygulamalar. Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya.
19. Referans19 Rodriquez Salazar, M.T., Morton-Bermea, O., Hemandez-Alvarez, E., Lozano, R., Tapia-Cruz, V. 2011. The study of metal contamination in urban topsoils of Mexico City using GIS. Environ Earth Science 62, 899–905.
20. Referans20 Song, S., Li, Y., Lin, L., Liu, M., Li, J., Wang, L. and Su, C. 2018. Arsenic and Heavy Metal Accumulation and Risk Assessment in Soils around Mining Areas: The Urad Houqi Area in Arid North west China as an Example. Int. J. Environ. Res. Public Health 15, 2410.
21. Referans21 Şimşek, C., Gündüz, O., Elçi, A. 2012. Terk edilmiş Balya (BALIKESİR) Pb-Zn Maden Atıklarının Ağır Metal ve Doğal Radyoaktivite İçeriği ve Çevre Kalitesi Açısından Değerlendirilmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi 1, 43-55.
22. Referans22 Tarhan, Z. 2010. Mermer İşletmeciliğine Üç Farklı Bakış: Akdoğan Köyü (Eğirdir) Mermerleri Örneği. SDUGEO 3, 1.
23. Referans23 Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK), 2018. [Erişim: 05.04.2019, https://biruni.tuik.gov.tr/bolgeselistatistik/sorguSayfa.do?target=tablo].
24. Referans24 Vapur, H., Uçurum, M., Arslan, O. B. V. 2007. Madencilik Çalışmaları Kaynaklı Başlıca Ağır Metaller ve Uzaklaştırma Yöntemleri.
25. Referans25 Weissenstein, K., Sinkala, T. 2011. Soil pollution with heavymetals in mine environments, impactareas of mine dumps particularly of gold-and coppermining industries in Southern Africa. Arid Ecosystems 1(1), 53
26. Referans26 Zhang, J. X., Yao, N. 2008. Indicator and multivariate geostatistics for spatial prediction. Geo-spatial Information Science 11 (4), 243-246.