Arsenic pollution caused by Eocene volcanism in the Sivas Basin: The old drinking water source of the Yalıncak village (Hafik, Sivas)

Öz

The aim of this study is to investigate the origin of the high concentration (1512 µg/L) of arsenic (As) in the old drinking water source of Yalıncak village (Hafik, Sivas). For this purpose, 48 samples were collected from the rocks outcropping in the recharge area of the drinking water source. The major oxide contents of the rock samples were determined by XRF method, mineralogical compositions by polarizing microscope and XRD methods and As concentrations of minerals were determined by using SEM-EDS method. As revealed by these analyses, the source of arsenic in the waters of the region was found out to be tuffite unit, containing pyroxene and plagioclase minerals, as well as volcanic glass fragments of different origins and sizes. It has been detected that arsenic oxide (As2O3) concentrations in rock samples vary between 0.01% and 0.14% and some minerals contain As up to 14%. It was determined that arsenic pollution in surface and groundwater in the region was caused by the dissolution (by water-rock interaction) of FeAsS (arsenopyrite) and BAsO4 (boron arsenate) minerals found in the tuffites of the Eocene age Bozbel formation in the Sivas Basin.

Anahtar Kelimeler

• Yalıncak village (Hafik)
• Arsenic pollution drinking in water
• Tuffite
• Arsenopyrite
• Boron arsenate

Proje Numarası

MEÜ BAP 2017-2-TP2-2631

Sivas Havzasındaki Eosen volkanizmasından kaynaklanan arsenik kirliliği: Yalıncak köyü (Hafik, Sivas) eski içme suyu kaynağı

Öz

Bu çalışmanın amacı, Yalıncak köyü (Hafik, Sivas) eski içme suyu kaynağındaki yüksek arsenik (As) derişiminin (1512 µg/L) kökeninin araştırılmasıdır. Bu amaçla, içme suyu kaynağının beslenim alanında yüzeyleyen kayaçlardan 48 adet örnek alınmıştır. Kayaç örneklerinin ana oksit içerikleri XRF yöntemiyle, mineralojik bileşimleri polarizan mikroskop ve XRD yöntemleriyle, minerallerin As derişimleri ise SEM-EDS yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda, sulardaki arseniğin kaynağının, piroksen ve plajiyoklaz mineralleri ile birlikte değişik köken ve boyuta sahip volkanik cam parçaları içeren tüfit birimi olduğu tespit edilmiştir. Kayaç örneklerindeki arsenik oksit (As2O3) derişimleri %0.01 ve %0.14 arasında değişmekte olup bazı minerallerde %14’e varan As mevcuttur. Çalışma sonucunda, bölgedeki yüzey ve yeraltı sularındaki arsenik kirliliğinin Sivas Havzası’ndaki Eosen yaşlı Bozbel formasyonu içindeki tüfitlerde bulunan FeAsS (arsenopirit) ve BAsO4 (borarsenat) minerallerinin çözünmesinden (su-kaya reaksiyonu yoluyla) kaynaklandığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Yalıncak köyü (Hafik)
• içme suyunda arsenik
• tüfit
• arsenopirit
• borarsenat

Destekleyen Kurum

Mersin Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

MEÜ BAP 2017-2-TP2-2631

Teşekkür

Bu makale, B. F. Biçgel’in 2018 yılında tamamladığı “Yalıncak Köyü (Hafik-Sivas) Eski İçme Suyu Kaynağındaki Arseniğin Kökeni” başlık yüksek lisans tezinden elde edilen veriler kullanılarak hazırlanmıştır. Çalışma kapsamında yürütülen arazi çalışmaları sırasındaki yardım, destek ve misafirperverliklerinden dolayı başta Sn. Musa Aktaş olmak üzere, Pirhüseyin ve Yalıncak mahalleleri halkına çok teşekkür ederiz. Bu çalışma, Mersin Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (MEÜ BAP 2017-2-TP2-2631 nolu proje) tarafından desteklenmiş olup yazarlar bu desteğinden dolayı teşekkürlerini sunar.

Kaynakça

1. F. Yağmur ve İ. H. Hancı, Arsenik. Sürekli Tıp Eğitimi Dergisi, 11 (7), 250-251, 2002.
2. P. L. Smedley and D. G. Kinniburgh, A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Applied Geochemistry, 17 (5), 517-568, 2002.https://doi.org/10.1016/S0883-2927(02)00018-5.
3. J. C. Ng, J. Wang and A. Shraim, A global health problem caused by arsenic from natural sources. Chemosphere, 52 (9), 1353-1359, 2003. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00470-3.
4. P. Bhattacharya, G. Jacks, S. H. Frisbie, E. Smith, R. Naidu and B. Sarkar, Arsenic in the environment: a global perspective. in: B. Sarkar (Ed.), Heavy Metals in the Environment, Marcel Dekker, Inc., pp. 147-215, New York, 2002.
5. WHO, 1993. Guidelines for drinking-water Quality. World Health Organization. Genova.
6. M. V. Brömssen, M. Jakariya, P. Bhattacharya, K. M. Ahmed, M. A. Hasan, O. Sracek, L. Jonsson, L. Lundell and G. Jacks, Targeting low-arsenic aquifers in Matlab Upazila, Southeastern Bangladesh. Science of The Total Environment, 379 (2-3), 121-132, 2007. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2006.06.028.
7. M. M. Rahman, R. Naidu and P. Bhattacharya, Arsenic contamination in groundwater in the Southeast Asia region. Environmental Geochemistry and Health, 31, 9-21, 2009. https://doi.org/10.1007/s10653-008-9233-2.
8. D. P. Shukla, C. S. Dubey, N. P. Singh, M. Tajbakhsh and M. Chaudhry, Sources and controls of Arsenic contamination in groundwater of Rajnandgaon and Kanker District, Chattisgarh Central India. Journal of Hydrology, 395 (1-2), 49-66, 2010. https://doi.org/ 10.1016/j.jhydrol.2010.10.011.

9. N. Oruç, Emet-Kütahya içme sularında arsenik düzeyi, önemi ve bor yatakları ile ilişkisi. II. Uluslararası Bor Sempozyumu, sayfa 469-476, Eskişehir, Türkiye, 23-25 Eylül 2004.
10. M. Çöl and C. Çöl, Arsenic concentrations in the surface, well, and drinking waters of the Hisarcik, Turkey, area. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 10 (2), 461-465, 2004. https://doi.org/10.1080/10807030490438535.
11. M. Çolak, Ü. Gemici and G. Tarcan, The effects of colemanite deposits on the arsenic concentrations of soil and ground water in Igdeköy-Emet, Kütahya, Turkey. Water, Air, & Soil Pollution, 149, 127-143, 2003. https://doi.org/10.1023/A:1025642331692.
12. Ü. Gemici, G. Tarcan, C. Helvacı and A. M. Somay, High arsenic and boron concentrations in groundwaters related to mining activity in the Bigadiç borate deposits (Western Turkey). Applied Geochemistry, 23 (8), 2462-2476, 2008. https://doi.org/10.1016/ j.apgeochem.2008.02.013.
13. C. Helvacı, Stratigraphic and structural evolution of the Emet borate deposits, Western Anatolia. Dokuz Eylül University, Faculty of Engineering and Architecture, Research Paper MM/JEO-86 AR 008, 1986.
14. E. Atabey, Nevşehir İli Tıbbi Jeolojik Unsurları ve Halk Sağlığı. Nevşehir Belediyesi, Nevşehir, 2013.
15. M. Çeliker, S. Türkmen, C. Güler and M. A. Kurt, Factors controlling arsenic and selected potentially toxic elements in stream sediment–soil and groundwater–surface water systems of a hydrologically modified semi-closed basin (Uluova) in Elazığ Province, Eastern Turkey. Journal of Hydrology, 569, 167-187, 2019. https://doi.org/10.1016/ j.jhydrol.2018.11.067.
16. M. A. Kurt, Ü. Yıldırım, C. Güler and O. Güven, Antimony and arsenic contamination in water from antimonite mineralization: a case study from Turhal (Tokat, Northern Turkey). Environmental Forensics, 2021. https://doi.org/10.1080/15275922.2021 .1907816.
17. C. Simsek, Assessment of naturally occurring arsenic contamination in the groundwater of Sarkisla Plain (Sivas/Turkey). Environmental Earth Sciences, 68, 691-702, 2013. https://doi.org/10.1007/s12665-012-1771-3.
18. M. A. Kurt, Ü. Yıldırım, C. Güler ve E. Aktaş, Pirhüseyin ve Yalıncak köyleri (Hafik-Sivas) civarındaki bölgede bulunan yüzey ve yeraltı sularında arsenik kirliliği. 68. Türkiye Jeoloji Kurultayı, sayfa 72-73, Ankara, Türkiye, 06-10 Nisan 2015.
19. M.A. Kurt, Pirhüseyin ve Yalıncak köyleri (Hafik, Sivas) dolaylarındaki suların arsenik konsantrasyonlarının belirlenmesi. Ömer Halis Demir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7 (2), 532-540, 2018. https://doi.org/10.28948/ngumuh.443184.
20. B. F. Biçgel, Yalıncak köyü (Hafik-Sivas) eski içme suyu kaynağındaki arseniğin kökeni. Yüksek Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2018.
21. S. Korkmaz, Sivas havzasında ana kaya fasiyesi ve petrol oluşumunun organik jeokimyasal yöntemlerle araştırılması. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 37, 61-88, 1990.
22. F. Kurtman, Sivas-Hafik-Zara ve İmranlı bölgesinin jeolojik ve tektonik yapısı. MTA Dergisi, 80, 1-32, 1973.
23. F. Ay ve N. Yalçın-Erik, Ulaş (Sivas) kuzeyindeki Tersiyer yaşlı birimlerin petrol kaynak kaya ve organik fasiyes özellikleri. Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 20 (1), 38-51, 2003.
24. K. M. Önal, Sivas havzası derin yapısının jeofizik yöntemlerle incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2007.
25. A.E. Akçay, M. Beyazpirinç, Sorgun (Yozgat)-Yıldızeli (Sivas) Önülke havzasının jeolojik evrimi, havzada etkin olan volkanizmanın petrografik, jeokimyasal özellikleri ve jeokronolojisi. MTA Dergisi, 155, 1-32, 2017.
26. G. Göçmengil, Z., Karacık, Ş.C., Genç, Billor, M.Z., 40Ar-39Ar geochronology and petrogenesis of postcollisional trachytic volcanism along the İzmir-Ankara-Erzincan suture zone (NE, Turkey). TÜBİTAK Journal of Earth Sciences, 27, 1-31, 2018. https:// doi:10.3906/yer-1708-4
27. J. Matschullati, Arsenic in the geosphere-a review. Science of the Total Environment, 249, 297-312, 2000. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(99)00524-0.
28. M. Bissel, F.H., Frimmel, Arsenic-a review. Part I: occurrence, toxicity, speciation mobility. Acta Hydrochim Hydrobiol, 31-1, 9-18, 2003. https://doi.org/10.1002/aheh.200390025.
29. S. Wang and C.N., Mulligan, Speciation and surface structure of inorganic arsenic in solid phases: a review. Environment International, 34, 867-879, 2008. https://doi.org/10.1016/j.envint.2007.11.005.
30. C. Helvacı, Occurrence of rare borate minerals: Veatchite-A, tunellite, teruggite and cahnite in the Emet borate deposit, Turkey. Mineraleum Deposita, 19, 217-226, 1984.