Karadeniz Sedimanlarındaki
Uranyum Anomalisi*
EGON T. DEGENS Hamburg Üniversitesi Jeoloß-Pateonioloß InstitOeü, B» Almanya FRANCIS KHOO Hamburg Üniversitesi Jeuloß-Pateontoloß JnsHtüsü, B, Almanya WALTER MÎOHAELÎS Hamburg Üniversitesi Jeoloji-Paleontöloji Inst%tü&Üf Bm Almanya
ÇEVİRENLER^ BOĞAN AKSOY - gÜLES BOR Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü, Ankara
ÖZ s Karadeniz havza sedimaniarmm üst 90 cinlik kınım 6,7 x 108 ton U8O8 içeriğine sahiptir,
(yüzölçümü 2,06 x 105 km3) Uranyum konsantrasyonunda başlıca etmen planktonlardır.
Derin-lerdeki redükîeyici koşullar geçen 500 yıl boyunca uranyumun birikmesine olanak tanımıştır, Üstteki 1 metrelik tabakanm kendi kendine yanması her ton kül için 100 gr kadar U8O8
konsant-rasyonu verir*
ABSTBAOTs The upper 90 cm of Black Sea basin sediment with an aereal extension of 2,96X105 km2 has an U8O8 content of 6.7X106 tonnes, Plankton is the prime agent for
uranium to accumulate over the past 5,000 yr. Energetically self-sufficient burning of the top 1-m strata will lead to U8O8 concentrations in the order öf 100 g per tonne ash,
(«) Nature» Vol. 269, 13 IMm 1977fden kisaltilamk tü*kçele§tîrllmiitir.
GİBÎŞ
Karadeniz dünyanın en büyük anaerobik (oksijensiz) su kütlesidir ve hemen hemen 1/2 milyon km3 geMr. Şimdiki çevresel durumu
Ho-losen'de deniz seviyesinin yükselmesi ve buna bağlı olarak moleküler oksijenin derin sulara serbestçe geçmesini önleyen bir seviyenin sonu-cudur. Ablsal düzlükten alman Holosen şediman karotlan oksijenli tatlı sulu "Kara Göl" den aoısulu "Karadeniz'ce geçişi gayet iyi bir biçimde göstermektedir, Bir metrelik tipik bir kesit ta-vandan tabana doğru kokolit çamuru, sapropel ve lutit igarir, Sapropel-Lütit sının (tahmini yaşı 5000 yıl) Karadenizin katmanlaştığı ve se-diman su ara yüzeyinde sınırlı sirkülasyon koşul-larının oluştuğu zamanı gösterir.
Redoks potansiyelindeki dalgalanmalar hem su hem de sedimanda bazı elementlerin tüken» meşine veya zenginle§mesine neden olabilir, Biz Karadeniz sedimanlarındaki uranyum konsan-trasyonu mekanizmasını ortam değişikliğinin bir - fonksiyonu olarak kabul ediyoruz,
NUMUNELER VE M^AIİTtK YÖNTEMLEK Abisal Karadeniz çamurunun uranyum içe-riği normal deniz sedimanlarmmkînden hemen hemen 10 kat daha yüksektir, Beimer konsan-trasyonlar Norveç fiyortları ve Baltık Denizi se-dimanlarmda da bulunmaktadır. Bu nedenle sı-nırlanmış ortamların uranyum birikimine uygun olduğu düşünülebilir*
Karadeniz abisal gamurundaki UaO!8 konsan«
trasyonu nadiren 50 ppm'î aşar. Ortalama değer olarak 25 ppmı* alınabilir,
Yüksek wanyum düzeyi ve geniş bir alana yayılmaya rağmen anomali ilk bakışta ekonomik değerden yoksun görünmektedir. Ama bu görüş çökelin sedimantolojik ve jeokimyasal açıdan yakmdan incelenmesiyle değişebilir» Çünkü orga-nik madde ve karbonatın gok oluşu yanmayla sediman kütlesinde büyük bîr azalmaya neden olabilir* Ayrıca materyal konsolide değildir ve tksötropiktir.
Su ve sedimanlar 1975 baharında Woods Hole Oseanografî Enstitüsüne bağlı RV Chain gemisi tarafından alınmıştır. Numune alman is-tasyonların yerleri şekü 1 de gösterilmiitir.
Uranyum tayinleri spektrofotometrlk yön-temlerle yapılmıştır, Esas olarak uranyum eks-traksiyonu 3«n-oktilfosfîn oksitle yapılmıştır, Kromojenik ayıraç olarak 2- (5-bromo-2-piridila-zol) -§-dietil-ammof enol kullamlmı§tır,
3 Stratigrafik birim-kokolit, sapropel ve lütit = karbonat ve organik madde içerikleri-ne göre ayardedilebilir (Tablo 1). Karot
Mas-DerinÜIv (cm) Bîrim 1 i 8 12 15 Cöecölitli 18 %%
m
28 32 35 38 42 4ö 48 52 Sapropel 55 öS 62 65 68 72 75 78 82 Lutite 85 §8 92 ÜaCO# (%) 41.2 66,2 34.9 60.7 65.7 48,2 14J 16,5 11,0 16.5 12.4 7.8 8.0 6.9 6.0 3.4 5,0 3,4 3,8 4.3 12,6 6.0 10,2 10.7 1.8 0 J 4 9,4 8.8 Organik C (%) 2.86 3.84 8.53 4.31 5,10 5,17 5.Ô1 7.17 ll#4ö 12.23 13,45 1435 10,78 14#10 16.85 19.90 18,60 17,42 15,35 15sö0 4,70 2.07 0.31 0.45 2,60 ls60 0.81 0.75 Organik N (%) 0.25 0,33 0.31 0,37 0.44 0,44 0,49 0,60 0.95 1,11 1.18 1.24 1.26 1.26 1.38 1.37 1.37 1.15 1.02 1.01 0.39 0.19 0,030 0,032 0,24 0,17 0.09 0.07Tablo 1: Stratigrafîk bMrnlorta karbonat ve organik madde içerikleri.
Tabi© İs The carbonate and organic matter content of the stratigraphie units
yon 379*un yakınından alınmıştır, Lütit birimi-nin karbonat kısmım başlıca depolandıkları yer-den taşınıp başka yerde yeniyer-den depolanan Kre-tase ve Tersiyer kokolitleri oluşturur, Oysa sapropel ve kokolit birimlerindeki karbonatta bu durum görülmez, Sapropeldeki organik madde esas olarak kara kökenlidir» Yukarı doğru karbo-nat içeriğinin arti|i plantonik materyalin git-tikçe fazlalaştığını gösterir.
Sedimandaki USOS igeriği bu stratigrafik
gelişime gayet iyi uymaktadır. Aerobik koşullar* da depolanan tatlı su lütit birimi en düşük zen-ginleşmeyi gösterirken agı-denizeî kokolit çamu-ru en yüksek değeri göstermektedir. Alman ka-rot materyalinin incelenmesinden aerobik koşul-larda depolanan kalkerli çamurun az uranyum içerdiği, oysa aerobik çevrede oluşan numunele-rin U8O8 içeriğinin 10 - 20 kat fazla olduğu
an-laşılmıştır,
Numunelerin HCI veya suyla işlemi, yahut yanmaları artıkta uranyumun azalmasına veya zenginleşmesine neden olabilir. Yanma deneyin-den sağlanan mineral külünde yüksek U8O8
bu-lunmaktadır (Tablo 2),
USO8 konsantrasyonu §u nedenle azalır :
1) Mineraldeki suyun kaybı 2) Sülfürlü uçucuların kaybı B) Tuzlarm kaybı
4) Karbonatların kalsinasyonu 5) Organik maddenin yanması
Asitleştirme, CaO - H*O etküeri ve suda eriyebilen uranyum-organik komplekslerinin oluşumu UaOg in tükenmesine neden olur.
Uranyumun çoğunluğunun plantonik mad-deye bağlı olduğu görülmektedir, KarakÖkenli organik artıklar daha az uranyum içerir. Çağdaş Karadeniz sedimanlarmdan Kokolitler uranyum için başlıca depodur. Ama diğer plantonîk orga-nizmalarda da uranyum görülür. Zenginleştirme için aşağıda öngörülen model tavsiye edilmekte-dir,
Karot 18 12 24 35 379 A 380 A 881 Numune Coccolith ooze Coccolith ooze Sapropel (top) Sapropel (base) Lutite Coccolith ooze Coccolith ooze Coccolith ooze Coccolith ooze Sapropel Calcareous mud Carbonaceous lutite Diatomaceous marl Diatomaceous mud DerinHk 4 cm 21cm 30 cm 85 cm 100 cm 10 cm 4 em 30 cm 100 m 100 m 231m 673 m 837 m 237 m Wt-loss (%) 0-i00QO ( 68.7 66.0 65.5 71,0 61.9 66,5 58,4 88,5 24.6 35.3 25,6 30.5 87,0 Wt-loss (%) Nt,Û00ôC 80,5 77,6 74,6 81.9 68.5 (D 55,0 59,7 23,4 15.7 2.4 35,4 28,3 15,0 40,1 49,5 2.4 35.4 20,4 38.8
w
113J 84,6 17,3 40.1 (p*p.m.) (S) 55,4 9,0 40.4 118.3 95,8 (4) 73,9 74.7 864 110.0 24,3 (Ö) 94,3 47.2 17.3 56,1Tablo %% Stratigrafik birimlerin HÜ?OÄ içerikleri Table 21 The HUJX content of the stratigraphie units
Eukaryotik hücreler, hücrenin ulaşım sis-teminde merkezi pozisyonu işgal eden Golgi ara-cı ya da Golgi vücudu olarak bilinen zanmsı bir yapı içerirler, Örneğin, metalleri sabit tutar ve hücre içinden dış zara taşırlar. Bu» dışarıya ta-şman özgül proteinler ile polisakarîtlerin metal» iyon koordinasyonu ile meydana gelmektedir, Biyomineralkasyon bu sürecin bir dış ürünüdür. Kokolitlerde, üronik asitler ve polisakarit sül-fatlar ana metal-îyon sabitleridir. Organik mo-delin ağır metallerle kaplandığı bir elektron mikrografiğinde bu ilişkiler gözlenmekte, böy-lece Golgi vücudu içindeki kokolitlerin büyüme biçimi açığa çıkmaktadır, Bu yöntemle, organiz-manın ihtiyaç duymadığı metal iyonları kolay-lıkla nötralize edilebilmektedir,
Karadeniz suyunun uranyum içeriği 1-7 ppb arasında olup ortalama 3 ppb dir, Bu değer standart okyanus suyununkiyle aynıdır. Bizim USÖ8 değerleri de aynı aralıktadır. Aerobik
zon-da 2,4 ppb arayüzeyde 5>9 ppb, anaerobik zonzon-da 3,5 ppb bulunmuştur, Kokolitlerin uranyumu ha-yatları süresince sabitleştirdiklerini kabai eder-sek 10.ÖÖÖ kat zenginleşme gözlenmiştir,
Biyolojik kökenli denizel kalkerli materya-lin en fazla birkaç ppm uranyum içerdiği bildiril-mektedir. Genellikle karbonatlar uranyum için hazne metaryeli olarak pek uygun değildir. Bu
nedenle Karadeniz Kokolit birimindeki UaO8
zen-ginleşmesi beklenmedik birşeydir,
Kalkerli olmayan bitkilerde de uranyum zenginleşmesi görülebilir, Ontarîo'da bir uran-yum madeninden gelen akmtıyla kirlenen bir Ho-losen gölündeki incelemeler sudaki planktonlar-da (Diatomeler egemen) 10,000 kat uranyum zenginleşmesi göstermiştir. Yani 20 ppb ye kar-şı 210 ppb. Suyun 10 - 25 m altindaki sedimanlar başlıca diatomeler olup redükleyicidirler. Bun-ların uranyum içeriği 170 - 38ıO ppm arasındadır. Bu nedenle depolanma ortamındaki redükleyîci kögultânn sabitleştirme için değil, yalnızca uran-yumca zenginleimiş döküntülerin korunması için gerekli olduğu görülmektedir, Sedimantasyonu takiben bir seri organik molekül sediman ve su-dan fazla uranyumu ve diğer ağır metalleri ala-bilir. Bu organik meteryal ağır metal kompleks-leşmesi yoluyla Öyle kararlı duruma gelirki ge-leneksel asit veya baz işlemleriyle ayrı§tmlamaz. KÜMJE DENGESİ
Karadeniz 4,23 K 10S kme lik bir alan
kap-lar. Bunun %30'u kıta sahanlığıdır. Bu yüzden asıl havza ^SÔ&IO5 km® lik bir alandır. Üstteki 1
m'lik Eedlmanm ortalama yoğunluğu 1525 gr.
cm-3 dür. Bu ise 3,7xlO17 grlîk bir sedünanın
kütlesi verir. Sedünanın bütününün 1000°C de yanması materyalin ağırlığını %80 azaltır Geri-de kalan külün ağırlığı 7,4KL016 gr. dir. Küldeki
ortalama U3O8 içeriği her gram sediman için 90x
10~6 gr. dır. Havzanın üst 1 m. lik tabakasının
se-diman külündeM toplam USOS konsantrasyonu
6,7 x 1012 gr veya 6,7 x 1Ö6 tondur.
Sapropel ve kokolit çamuru geçen 5000 yıl-dan depolanmıştır. Bu zaman boyunca uranyu-mun sabit bir hızda ayrıştığını varsayar-sak, havza sedimanları her yıl 1,3 x 109 gr U3O8
kazanacaktır. Eğer bu materyal sadece ortala-ma U8Ös içeriği 3xl0^e gr/lt olan veya toplam
1,78 x 1011 gr U8O8 içeren üstteki 200 m.llk
aero-bik (oksijenli) su katmanından ayrışacak olsa her yû bu miktarın yaklaşık %1'i sedîmana geçecektir,
YANMA
TINMASI SAP«
Geçen 5000 yılda depolanan Karadeniz abis-sal çamuru her 1000 gr. hk numune için: 600 gr, HA 100 gr, kil, 100 gr, organik madde ve 200 gr, CaOOs içerir, Sedimanm 10ÖÛqO da yanması
kalan küldeki U8Os içeriğini Önemli Ölçüde
yükselteceği için, yerli organik maddenin bu re-aksiyon için yeterli enerjiyi sağlayıp sağlaya« mayacağını bilmek önemlidir.
Karbonatların kalsinasyonu : CaCÖä —— CaO + €O2 E: -47,2 kkal/mol"1 ve suyun
buhar-laşması: H2O (swı) HgO (gaz) E: 9,73 kkal/
mol"1 her 1000 gr, sediman için toplam 418
kkal gerektirir. Bu kendi kendine yanma için ge* rekli minimum enerjidir.
İstasyon 8 (Şekil 1) den alman 3 numune için yanma ısısı saptanmıştır, Bu numuneler
ko-kolit çamuru, üst sapropel ve alt sapropelden alınmıştır. Saptamada geleneksel bir kalorimet-rik bomba kuUanılmıştır, Tablo 3 de bu ısılar 25°C de kkal/kg olarak bazı organik büeşiklerin-kilerle birlikte gösterilmi|tîr.
Numune Kokolit* Üst sapropel* Alt sapropel* Odun Turba Linyit Kömür Yanma Isısı (Kkal/kg, 528 642 1109 4Ö00 — İ000 — 0200 — 7600 — 25°C de) 4800 7600 7600 8750 * Örnekler daha önce 110 eC kadar kurutulmuştur«
Tablo 3? Yanma ısısı değerleri
Kuru çamur numunelerinin yanma ISJBI
de-ğerleri minimum değerler olarak kabul edilmek« tedir. Çünkü deney sırasında oluşan ısmm bir kısmı kalsinasyon, kil minerallerinin dégradas-' yonu ve sülfürlerin dekompozisyonunda kullanıl-mıştu\ Yine de bu değerler İOOÖ gr, yaş sedima-nm kurutulması ve kavrulması iğin gerekli 518 kkal'den çok fazladır.
olarak Karadeniz çamurlarının yan« ması kurutma ve degradasyon iğin gerekenden daha fazla enerji açığı çıkaracaktır. Yanma UsÖs
içeriği 100 gr/ton kadar olan bir kül vermekte-dir.
Gerçi 100 gr/tonluk U8OB değerleri şu anda
ekonomik açıdan önemli değildir ama uranyum talebi tahmin edilen hızda artmaya devam eder-se gelecek yıllarda durum değişebilir.
