Geri Dön

Investigation of the changes in the phytoplankton production and pollution in the Marmara Sea by using sediment geochemistry

Marmara Denizi'ndeki fitoplankton üretimi ve kirliliğindeki değişikliklerin sediman jeokimyası kullanılarak incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 932067
  2. Yazar: SILA BEDİR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZLI OLĞUN KIYAK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deniz Bilimleri, Marine Science
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yer Sistem Bilimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 91

Özet

Marmara Denizi'nde sediment jeokimyası üzerine yapılan bu çalışma, birincil üretimdeki uzun dönemli değişiklikler ile kirlilik etkilerini incelemektedir. Tekirdağ ve Çınarcık havzalarından alınan sediment karotları, organik üretim belirteçleri, izotop verileri ve kirlilik göstergeleri birleştirilerek çevresel ve antropojenik etkilerin zaman içerisindeki etkilerini anlamak için analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında, birincil üretimdeki uzun dönem değişimlerini araştırmak amacıyla, Tekirdağ ve Çınarcık açıklarından örneklenen karotlarda coklu gösterge analizleri gerçekleştirilmiştir. Sediment örneklerinde AMS Karbon-14 yöntemi ile yaş tayin analizleri gerçekleştirilmiştir. Organik üretim göstergeleri (TOK, biyojenik baryum (Bio-Ba), fitoplankton (kokolitofor)), 'azot bollaşması' (δ15N-org), 'paleooşinografik' (δ18O-karbonat, δ13C-karbonat) ve 'kirlilik' (ağır metaller) göstergeleri birlikte değerlendirilmiştir. Uzunlukları 7-21 cm arasında değişen, 1055 m -1247 m su derinliklerden alınan beş karottaki TOK değerleri 0.23-2.01%, δ13C-org -29.4 ‰ ile -23.8 ‰, δ15N-org 2.9-5.1‰, C/N oranları 5.0-16.7 arasında, δ13C-karbonat 0.008 ‰ ile -22.38 ‰, δ18O-karbonat 3.19 ‰ ile – 5.85 ‰, pigment değerleri 0.0-1.68 µg/kg, Bio-Ba değerleri 6.25 -19.80 mg/kg arasında değişmektedir. AMS Karbon-14 yaşları iki karotta beklenenden yüksek çıkmıştır (örn. MRS-DV3-BC6 G.Ö. 13920±80 yıl). Bu karotların, Marmara Denizi'ndeki tektonik aktivite nedeniyle taşınmış ve/veya tahrip olmuş olduğu düşünülmektedir. İki karotta ise modern yaş verileri elde edilmiştir. Tekirdağ Baseni'nden alınan 18 cm uzunluğunda MRS-DV4-PC2 karotu yaş verileri G.Ö. 102.34±0.36 yıl (4-5 cm) ve G.Ö. 2645±0.36 yıldır. Bu karotta birincil üretim göstergeleri ilk 0-2 cm'de en yüksek değerleri göstermektedir. Buradan yola çıkarak, Tekirdağ Baseninde son 2645 yıldır en yüksek birincil üretim seviyelerinin son ~50 yılda görüldüğü sonucuna varılmıştır. Sonuçlar, birincil üretimde önemli değişimleri ortaya koymuştur, özellikle Emiliania huxleyi gibi kokolitofor türlerinin analizleriyle. Bu tür, yüzey seviyelerinde (0-1 cm) ve bazı daha derin sedimentlerde en yüksek yoğunluklara ulaşmış ve bu durum, bu dönemlerde uygun çevresel koşulların varlığını göstermiştir. Sediment karotları, kokolitofor yoğunluğundaki zirveleri, tarihsel olarak artan verimlilik dönemlerine işaret eden bulguları ortaya koymuştur. Bu bulguları destekleyen biyojenik baryum (Bio-Ba) gibi verimlilik belirteçleri, 6.25 ile 19.80 mg/kg arasında değişim göstermiştir. Özellikle Tekirdağ havzasındaki MRS-DV4-PC2 gibi karotlarda daha yüksek Bio-Ba değerleri kaydedilmiştir. Bu artışlar, son ~50 yılda dış kaynaklardan gelen besin maddeleriyle birlikte biyolojik aktivitedeki artışa işaret etmektedir. İzotop analizleri, çalışmanın diğer önemli bir boyutunu oluşturmaktadır. Organik karbon (δ13C) değerleri -29.4‰ ile -23.8‰ arasında değişim gösterirken, azot (δ15N) değerleri 2.9‰ ile 5.1‰ arasında değişim göstermiştir. Özellikle üst katmanlarda (örneğin, yüzey seviyelerinde) ölçülen yüksek δ15N değerleri, tarımsal akış ve arıtılmamış atıksu deşarjı gibi insan kaynaklı faaliyetlerden kaynaklanan azot zenginleşmesini yansıtmaktadır. Ayrıca, karbonat δ18O değerleri (3.19‰ ile -5.85‰ arasında), tarihsel tuzluluk ve sıcaklık değişikliklerini göstererek paleooşinografik koşulların ortaya konulmasına yardımcı olmuştur. Bu izotopik belirteçler, Marmara Denizi ekosistemindeki doğal değişimlerle antropojenik baskıların etkileşimlerini ortaya koymaktadır. Çalışma ayrıca antropojenik kirlilik etkilerini de vurgulamıştır. Sediment karotları, Zn, Ni ve Cr gibi ağır metallerin artan konsantrasyonlarını göstermiştir. Çınarcık havzasındaki karotlar (örneğin, MRS-DV5-BC6), daha yüksek kirlilik seviyeleri sergileyerek, endüstriyel faaliyetler, gemi trafiği ve arıtılmamış atıksu deşarjının etkilerini göstermiştir. Zn ve Cr, özellikle orta sediment katmanlarında belirgin zirvelerle çıkmış, bu da belirli dönemlerde endüstriyel ve kentsel faaliyetlerin yoğunluğuna işaret etmektedir. Bu bulgular, Marmara Denizi'ndeki artan kirlilik yükünü ve bunun deniz yaşamı ile sedimentçil süreçlere olan potansiyel etkilerini vurgulamaktadır. AMS radyokarbon tarihleme ise sediment katmanlarına zamansal bir bağlam sağlamıştır. Bazı karotlarda (örneğin, MRS-DV3-BC6) yaş uyuşmazlıkları tespit edilmiş, bu da tektonik yer değişimler veya aktif fay hatları nedeniyle sediment taşınmasına işaret etmektedir. Diğer yandan, MRS-DV4-PC2 gibi karotlar modern yaş verileri sunmuş ve tarihsel kayıtlar ortaya çıkarmıştır. Örneğin, bu karotta son ~50 yılda üretkenlik zirvelerine ulaşılmıştır ve bu durum antropojenik kaynaklı ötrofikasyonla ilişkili görülmektedir. Tekirdağ ve Çınarcık havzaları arasındaki mekansal ve zamansal desenler detaylı bir şekilde incelenmiş ve birincil üretim ile kirlilikte farklılıklar gösterilmiştir. Tekirdağ havzasındaki karotlar (örneğin, MRS-DV4-PC2), Çınarcık havzasındakilere kıyasla daha yüksek birincil üretim göstergeleri sergilemiştir. MRS-DV4-PC2'nin üst katmanları (0-2 cm), kokolitoforlar ve diğer organik üretim belirteçleri için en yüksek değerleri göstermiştir ve son dönemlerde besin girdileri ile artan birincil üretime işaret etmektedir. Buna karşın, Çınarcık havzasındaki karotlar (örneğin, MRS-DV5-BC6), endüstriyel deşarjlar ve denizcilik faaliyetlerinden kaynaklanan daha belirgin ağır metal kontaminasyonu göstermiştir. Bu karotların sunduğu sediment kayıtları, aynı zamanda Marmara Denizi'nin paleooşinografik tarihini de yansıtmaktadır. Bosfor ve Çanakkale boğazlarından gelen Akdeniz ve Karadeniz su kütleleri arasındaki etkileşim, karbonat izotopik verileri (δ18O ve δ13C) ile görüldüğü üzere, bölgenin ekolojik koşullarını şekillendirmiştir. Bu izotopik veriler, iklim değişiklikleri ve boğazlardan gelen su hareketlerindeki değişimlerle artan tuzluluk tabakalaşmasına işaret etmektedir. Bu paleooşinografik değişiklikler, birincil üretimi etkileyerek fitoplankton topluluklarının bolluğu ve dağılımı üzerinde zincirleme etkiler yaratmıştır. Araştırma, fitoplankton dinamiklerinin ekolojik etkilerini de vurgulamıştır. Özellikle Emiliania huxleyi, besin seviyelerine, tuzluluğa ve sıcaklığa duyarlılığı nedeniyle çevresel değişikliklerin önemli bir göstergesi olarak hizmet etmektedir. Çalışma, kokolitofor bolluğundaki zirvelerin genellikle karasal kaynaklardan ve insan faaliyetlerinden gelen besin girdileriyle ilişkili olduğunu göstermiştir. Ancak, belirli derinliklerde kokolitofor çeşitliliği ve bolluğundaki azalma, kirlilik ve azalan su kalitesi gibi olumsuz çevresel koşulları da işaret etmektedir. Sonuç olarak, bu kapsamlı çalışma, Marmara Denizi'nin deniz ekosistemindeki doğal değişimler ve antropojenik etkilerin karmaşık etkileşimini ortaya koymaktadır. Sediment karotları, tarihsel değişimlerin değerli bir arşivini sunarak, birincil üretim, kirlilik ve paleooşinografik koşullardaki eğilimleri açığa çıkarmıştır. Marmara Denizi, binyıllar boyunca doğal dalgalanmalar yaşamış olmasına rağmen, son yıllarda insan faaliyetleri kaynaklı eşsiz değişikliklere maruz kalmıştır. Bulgular, bölgenin ekolojik sağlığını korumak için sürdürülebilir yönetim uygulamalarının aciliyetini vurgulamaktadır. Besin zenginleşirme ve ağır metal kontaminasyonunun kaynaklarını ele almak, Marmara Denizi'nin biyolojik çeşitliliğini korumak ve deniz kaynaklarının uzun vadeli sürdürülebilirliğini sağlamak için kritiktir.

Özet (Çeviri)

This study on sediment geochemistry in the Marmara Sea examines the long-term changes in primary production and the impacts of pollution. Deep sea sediment cores collected from the Tekirdağ and Çınarcık basins were analyzed by combining organic production indicators, isotopic data, and pollution markers to understand the effects of environmental and anthropogenic influences over time. As part of the study, multiple indicator analyses were performed on cores sampled from the open areas of Tekirdağ and Çınarcık to investigate long-term changes in primary production. Age determination analyses were conducted on sediment samples using the AMS Carbon-14 method. Organic production indicators (TOC, biogenic barium (Bio-Ba), phytoplankton (coccoliths)), 'nitrogen enrichment' (δ15N-org), 'paleooceanographic' (δ18O-carbonate, δ13C-carbonate), and 'pollution' (heavy metals) markers were evaluated together. In five cores, ranging in length from 7 to 21 cm and collected from water depths of 1055 m to 1247 m, TOC values ranged from 0.23% to 2.01%, δ13C-org from -29.4‰ to -23.8‰, δ15N-org from 2.9‰ to 5.1‰, C/N ratios from 5.0 to 16.7, δ13C-carbonate from 0.008‰ to -22.38‰, δ18O-carbonate from 3.19‰ to -5.85‰, pigment values from 0.0 to 1.68 μg/kg, and Bio-Ba values from 6.25 to 19.80 mg/kg. AMS Carbon-14 ages in two cores were higher than expected (e.g., MRS-DV3-BC6, 13,920±80 years BP). It is thought that these cores may have been transported or disrupted due to tectonic activity in the Marmara Sea. Modern age data were obtained from two cores. The age data for the 18 cm long MRS-DV4-PC2 core from the Tekirdağ Basin showed 102.34±0.36 years BP (4-5 cm) and 2645±0.36 years BP. In this core, primary production indicators showed the highest values in the first 0-2 cm. From this, it was concluded that the highest primary production levels in the Tekirdağ Basin over the past 2645 years occurred in the last ~50 years. The results revealed significant changes in primary production, particularly through the analysis of coccolithophore species such as Emiliania huxleyi. This species reached the highest densities at surface levels (0-1 cm) and in some deeper sediments, indicating favorable environmental conditions during these periods. The sediment cores highlighted peaks in coccolithophore abundance, suggesting historical periods of increased productivity. Supporting these findings, productivity indicators such as biogenic barium (Bio-Ba) ranged from 6.25 to 19.80 mg/kg. Higher Bio-Ba values were particularly recorded in cores like MRS-DV4-PC2 from the Tekirdağ Basin. These increases indicate a rise in biological activity over the last ~50 years, driven by nutrient inputs from external sources. Isotopic analyses form another significant dimension of the study. Organic carbon (δ13C) values ranged from -29.4‰ to -23.8‰, while nitrogen (δ15N) values varied between 2.9‰ and 5.1‰. The high δ15N values measured in the upper layers (e.g., surface levels) reflect nitrogen enrichment resulting from human activities such as agricultural runoff and untreated wastewater discharge. Additionally, carbonate δ18O values (ranging from 3.19‰ to -5.85‰) revealed historical changes in salinity and temperature, aiding the reconstruction of paleooceanographic conditions. These isotopic markers illustrate the interactions between natural variability and anthropogenic pressures on the Marmara Sea ecosystem. The study also highlighted the impacts of anthropogenic pollution. Sediment cores showed increasing concentrations of heavy metals such as Zn, Ni, and Cr. Cores from the Çınarcık Basin (e.g., MRS-DV5-BC6) exhibited higher levels of pollution, reflecting the effects of industrial activities, maritime traffic, and untreated wastewater discharge. Zn and Cr showed notable peaks, particularly in the middle sediment layers, indicating the intensity of industrial and urban activities during specific periods. These findings underscore the growing pollution burden in the Marmara Sea and its potential impacts on marine life and sedimentary processes. AMS radiocarbon dating provided a temporal context for sediment layers. Discrepancies in age were detected in some cores (e.g., MRS-DV3-BC6), suggesting sediment transport due to tectonic movements or active fault lines. Conversely, cores like MRS-DV4-PC2 provided modern age data and historical records. For instance, this core showed productivity peaks in the last ~50 years, linked to anthropogenic eutrophication. Detailed examination of spatial and temporal patterns between the Tekirdağ and Çınarcık basins revealed differences in primary production and pollution. Cores from the Tekirdağ Basin (e.g., MRS-DV4-PC2) exhibited higher primary production indicators compared to those from the Çınarcık Basin. The upper layers of MRS-DV4- PC2 (0-2 cm) displayed the highest values for coccolithophores and other organic production markers, indicating a dramatic increase in primary production in recent decades due to nutrient inputs. In contrast, cores from the Çınarcık Basin (e.g., MRSDV5-BC6) showed more pronounced heavy metal contamination, highlighting the basin's susceptibility to pollution from industrial discharges and maritime activities. The sedimentary records provided by these cores also reflect the paleooceanographic history of the Marmara Sea. The interaction between Mediterranean and Black Sea water masses, as evidenced by variations in carbonate isotopic data (δ18O and δ13C), shaped the region's ecological conditions. These isotopic data point to periods of increased salinity stratification, likely driven by climatic changes and variations in water exchange through the Bosphorus and Dardanelles straits. These paleooceanographic shifts had cascading effects on primary production, influencing the abundance and distribution of phytoplankton communities. The research further emphasized the ecological implications of phytoplankton dynamics. Coccolithophores, particularly Emiliania huxleyi, serve as important indicators of environmental change due to their sensitivity to nutrient levels, salinity, and temperature. The study found that peaks in coccolithophore abundance were often associated with nutrient inputs from terrestrial sources and human activities. However, declines in coccolithophore diversity and abundance at certain depths also indicate adverse environmental conditions, such as pollution and reduced water quality. In conclusion, this comprehensive study reveals the complex interplay between natural changes and anthropogenic impacts on the Marmara Sea's marine ecosystem. Sediment cores provide a valuable archive of historical changes, uncovering trends in primary production, pollution, and paleoceanographic conditions. While the Marmara Sea has experienced natural fluctuations over millennia, recent decades have seen unprecedented changes driven by human activities. The findings highlight the urgent need for sustainable management practices to mitigate pollution and protect the region's ecological health. Addressing the sources of nutrient enrichment and heavy metal contamination is critical to preserving the biodiversity of the Marmara Sea and ensuring the long-term sustainability of its marine resources.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    831693

    Investigation of diffusion of redox sensitive elements in nuclear waste in polymer-based barrier systems

    Nükleer atıklardaki redoks duyarlı elementlerin polimer bazlı bariyer sistemlerinde difüzyonunun incelenmesi

    RÜVEYDA KÜBRA İLERİ DURMUŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEMA ERENTÜRK

  2. Tez No

    671632

    The effect of offshore wind farm activities on the phytoplankton population

    Açık deniz rüzgar çiftlikleri faaliyetlerinin fitoplankton nüfusu üzerine etkisi

    MEYSAM BALANESHIN KORDAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL DENİZ YAKAN DÜNDAR

  3. Tez No

    883232

    Horseshoe Adası (Antarktika) gölleri fitoplankton yapısının konvensiyonel ve metagenomik analizler ile incelenmesi

    Investigation of phytoplankton structure of Horseshoe Island (Antarctic) lakes by conventional and metagenomic analysis

    MUHAMMET FURKAN TOPAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    GenetikAtatürk Üniversitesi

    Su Ürünleri Temel Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZDEN FAKIOĞLU

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKÇE KARADAYI

  4. Tez No

    112397

    Babadıllimanı koyu (Silifke-İçel) fitoplanktonunda mevsimsel değişimlerin incelenmesi

    Investigation of the seasonal changes of phytoplankton in Babadıllimanı bight (Silifke-İçel)

    MİNE PERÇİN PİNER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Su ÜrünleriÇukurova Üniversitesi

    Su Ürünleri Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. SEVİM POLAT

  5. Tez No

    465011

    Karadeniz'in batı kıyıları fitoplankton topluluğundaki mevsimsel değişimlerin kalitatif ve kantitatif yönden incelenmesi

    Qualitative and quantitative investigation of seasonal changes in phytoplankton community of western coast of the Black sea

    MERVE ANDA PEYNİRCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Biyolojiİstanbul Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NESLİHAN BALKIS

Geri Dön