Su yoluyla birikim partikül- reaktif lipid veya protein dokularına bir makromoleküle bağlanmalarıdır.

Su yoluyla birikim

Yüksek CF değerine sahip radyonüklidlerin sudan biyotaya kolayca geçtiği açıktır.

Birçok deniz organizmasında (özellikle küçük hacimli organizmalarda Pb, Ru, Zr elementleri, bazı lantanitler ve transuranikler organizmaların olağan metabolizmaları için gerekli olmamalarına karşın Zn, Cu ve Co gibi gerekli elementlerden daha yüksek CF değerlerine sahiptirler.

• Bunun nedenlerinden biri gerekli olmayan bu elementlerden bazılarının partikül- reaktif olmasıdır. Yüzeylere tutunma eğilimleri daha yüksektir.

• İkincisi bu kimyasalların organizmanın lipid veya protein dokularına olan afinitelerinin suya olan afinitelerinden daha fazla olmasıdır.

• Üçüncüsü canlıdaki bir makromoleküle bağlanmalarıdır.

Özellikle yüzey/hacim oranı yüksek olan planktonik organizmalar (fitoplankton-zooplankton) geniş yüzey alanlarına sahip olduğundan partikül-reaktif elementler bu organizmalarda yüksek miktarda birikir.

Bunun tersine ¹³⁷Cs ve ⁹⁹Tc gibi partikül-reaktif özelliği az olan radyonüklidlerin CF değerleri de düşüktür.

• Örneğin fitoplankton, iki kabuklu yumuşakça ve küçük krustaselerde ^95mTc için oldukça düşük CF değerleri (1-100) bulunmuştur. Bununla beraber istakoz ve kahverengi alg için sırasıyla 10³-10⁴ ve 10⁵ gibi yüksek CF değerleri bulunmuştur.

Çeşitli türlerde Pu alımını gösteren yandaki grafik türler arasında bir

radyonüklid/metalin birikimi bakımından ne kadar büyük farklar

olabildiğini göstermektedir.

Kirleticiler her

organizmada farklı

oranda ve farklı şekilde

biyobirikim gösterir

Fitoplanktonlar ve zooplanktonlar için seçilen element/radyonüklid konsantrasyon faktörleri (Fowler, 1990; IAE, 2004)

241

Am ve

Cs radyonüklidlerinin Pecten maximus’da deniz suyundan alımı

Her radyonüklid (radyoizleyici) farklı

oranda ve şekilde biyobirikim gösterir

Plutonyumun indirgenmiş (III+IV) ve yükseltgenmiş (V+VI) formlarının kum midyesinde birikimi (Aston & Fowler, 1984)

Kimyasal formun biyobirikime etkisi

Tuzluluğun biyobirikime etkisi

• Tuzluluk arttıkça metallerin biyobirikimi genel olarak azalır. Midyelerde yapılan bir çalışmada tuzluluğun 33 ppt’den 15 ppt’ye düşmesi sonucu eser elementlerin içeriye akışında 1.5-2 kat bir artış belirlenmiştir.

• Yüksek tuzlu suda metallerin Cl ile reaksiyona girmesi bu metallerin sudaki en biyoavailable formu olan iyon formlarının azalmasına neden olur. Cl ile kompleks oluşturabilen Hg ve Cd gibi elementler tuzluluk arttıkça canlılar tarafından daha az biriktirilirler.

• Diğer bir nedeni tuzluluğun artması solungaçların geçirgenliğini azaltmasıdır.

• ¹³⁷Cs tuzluluk arttıkça canlılar tarafından daha az biriktirilir. Çünkü tuzluluğun artması suda sezyumun analoğu olan potasyumun artmasına neden olmaktadır.

• Çözünmüş organik karbon miktarı arttıkça canlıların deniz suyundan metal alımı genellikle azalır.

Kahverengi makroalgde (Fucus vesiculosus)

Co,

Am ve

Cs

alımında sıcaklığın etkisi

12

C ( ○ )

2

C ( ● )

Sıcaklığın

biyobirikime etkisi

Denizel planktonlarda transuranik elementler için yüzey:hacim oranı ile konsantrasyon faktörü arasındaki ilişki (●) Am, (○) Pu, ( ∆ ) Cf ve

( □ ) Cm (Fisher & Fowler, 1987)

Yüzey alanının biyobirikime etkisi

Farklı ağırlıklardaki pisi balığı örneklerinde Cs-134’ün biyobirikimi

Vücut büyüklüğünün biyobirikime etkisi

Vücut büyüklüğünün biyobirikime etkisi ile ilgili tür veya takson bazında spesifik

özelikleri de bilmek gereklidir. Örneğin büyük midyelerde küçük midyelere oranla su

pompalama kapasitesi azalır. Yine

solungaç/tüm vücut hacmi oranı büyük midyelerde küçüklere oranla daha azdır.

Farklı boylardaki berlam balığının dişi-erkek bireylerinde ¹³⁷Cs birikimi

Cinsiyetin biyobirikime

etkisi

Organizma ¹³⁷Cs ^239+240Pu ²⁴¹Am ²¹⁰Po Makroalg 15 – 33, 12 - 20 290, 770,

4000

8000 1000 - 7000

Fitoplankton 20 100000 100000 2800 - 7400

Zooplankton 14, 17 4000 4000 19000 - 61000

Decapod crustaceans

11,26 ± 10 75 145 10000 - 150000

Bentik yumuşakça 7 110 – 200 200, 330, 550 15000 - 69000

Cephalopods 7, 10 50, 65 35, 100 9000 - 30000

Ekinoderm 3,62 ± 40 7, 310, 550 26000, 28000 -

Polychaetes 6 130, 200 1000 17000 - 23000

Coelenterates 1.6 – 3.6 - 1.2 - 12 -

Teleost balık 23,52 ± 4 100, 350 100 2000 - 9000

Bazı radyonüklidler için arazi şartlarında bulunan

Konsantrasyon Faktörü Değerleri

TF = Bq g^-1 (orgnizmanın yaş ağırlığı) Bq g^-1 (sedimentin yaş ağırlığı)

Am-241 radyonüklidinin solucan ve deniz tarağında sedimentten Transfer Faktörü değerleri

solucan (Pasifik)

solucan (Atlantik)

deniz tarağı (Pasifik) deniz tarağı (Atlantik)

Organizma Alım

(günler) ^239+240Pu ²⁴¹Am ¹³⁷Cs ⁶⁰Co Solucan

Nereis 11-50 0.0016 0.0009 0.2 0.06

Arenicola 14 0.002 0.003

Deniz tarağı

Venerupis 40-50 0.006 0.004-0.02 Deniz tarağı

Scrobicularia 14 0.01 0.008

İzopod

Cirolana 40-50 0.006-0.032

Amfipod

Corophium 14 0.10 0.11

Radyonüklidle kontamine olmuş sedimentten transfer faktörü değerleri

* Transfer faktörü = Bq g^-1 organizma yaş ağırlık / Bq g^-1 yaş sediment

 k_u alım sabiti

Biyobirikim modelleri

Atılım genellikle organizma akvaryumlarda yaklaşık 20 gün radyonüklidlere maruz bırakıldıktan sonra (alım deneyi) radyonüklid içermeyen deniz suyuna alınması ve düzenli olarak organizmada radyonüklidin ölçümlerinin yapılması ile belirlenir.

Alım deneyinde canlıya yüklenmiş olan radyonüklid atılımda belirli bir hızda ve şekilde canlı dokularından uzaklaştırılır. Atılımın hızı ve şekli canlı türüne ve radyonüklide bağlı olarak değişkenlik gösterir.

Atılım

Atılım genellikle bir veya iki fazlı gerçekleşir. İki fazlı atılımda ilk faz kısa süreli ve hızlı atılımdır. Bunu takip eden ikinci faz daha yavaştır ve uzun sürer.

Besin ile maruziyet deneylerinde ilk fazda (ilk 1-2) günde gerçekleşen hızlı atılım radyonüklidin absorbe olmamış kısmının fekal pellet ile atılmasını ifade eder.

Çözünmüş radyonüklidler ile maruziyette ilk fazda (ilk 1- 2 günde) gerçekleşen hızlı atılım kabukta veya dış iskelette sorbe (adsorbe+absorbe) olmuş radyonüklidin hızlı bir şekilde desorbe olmasını ifade etmektedir.

Atılım

k _e atılım sabiti

Atılım sabiti (k_e) organizma metallere nispeten uzun bir süre maruz kaldıktan sonra atılım deneyi yapılarak bulunur. Böylece metal canlıda nispeten homojen bir şekilde dağılmış olur ve kronik kontaminasyon elde edilmiş olur. Genellikle atılım sabiti maruziyet yolundan (su veya besin) etkilenmez. Metallerin atılım sabiti değerleri günde %1-5 arasında değişmektedir (k_e =0.01-0.05).

Atılım mekanizmaları

 Boşaltım (extrection, fecal pellets, feçes)

 Desorption (kabuktan veya dış iskeletten)

 Kabuk değiştirme (molting)

 Yumurtlama

Atılım modelleme

Atılım

• T_b½ ne kadar büyükse radyoizleyici canlıdan o kadar yavaş atılıyor demektir,

• Ters orantılı olarak k_e ne kadar büyükse radyoizleyici canlıdan o kadar hızlı atılıyor demektir.

Assimilation Efficiency (AE) Özümleme verimi

Besinle maruziyetten sonra radyonüklidin atılmasında çoğu zaman radyonüklid/metal birbirini takip eden bir hızlı ve bir yavaş periyotta atılır.

Bunun nedeni asimile olmayan radyonüklidin radyoişaretlenmeyi takip eden 1 ila 3 günde fekal peletle dışarı atılmasıdır. Asimile olan fraksiyon ise yavaş periyotta atılır. Yavaş periyotta atılan radyonüklid oranına AE denir.

Pecten maximus’da (deniz tarağı)

Am ve

Cs

radyonüklidlerinin 7 gün alımını takip eden atılımı

Asimilasyon (Özümleme) verimi

Asimilasyon etkinliği besinin tipine, metale, partikülle metal arasındaki ilişkiye göre değişmektedir (Fisher & Reinfelder 1995). Genel olarak bakteri ve fitoplankton gibi canlı organiklere tutunan metaller demir oksit, kil ve hümik maddeye tutunan metallere göre daha bioavailabledir (Decho & Luoma 1994, 1996, Gagnon & Fisher 1997, Griscom et al. 2000).

Organizma Food type

137Cs ^239+240Pu ²⁴¹Am ⁶⁰Co ^110mAg ²¹⁰Po

Zooplankton Cope/Euphausiid

Phyto.

Artemia - 0.8 – 1 0.9 – 10 14 - 45 8 – 19 20 - 55

Decapod Crustaceans

Artemia Worms Mussels

- 10 - 60 8 - 58 ~ 99 35

Bivalve

Molluscs Phytopl 3 - 4 0.9 0.6 - 38 8 - 83 3 - 49 17

Cephalopods Crabs Mussels

23 -

29 - 31 - 60 - - -

Echinoderms Mussels

Clam 82 70 - 90 26 -

~100

22 - 73

34 – 69 -

Teleost fish

Shrimp Clam

Fish

42 -

95 0.1 – 1 0.7 – 6 2 4 – 18 5

Bazı antropojenik radyonüklidler için laboratuvar deneylerinde bulunmuş AE (asimilasyon verimi) değerleri

• Organizmanın türüne

• Besinin tipine,

• Metale,

• Partikülle metal arasındaki ilişki

Bir metalin/radyonüklidin bir deniz organizması tarafından yüksek miktarda ve etkili bir şekilde

biriktirildiğini söyleyebilmek için sırasıyla

AE değerinin yüksek olması k_e değerinin düşük olması T_b1/2 değerinin yüksek olması CF_ss değerinin yüksek olması

k_u değerinin yüksek olması (lineer birikim için)

Sediment-Su Dağılım Katsayısı K _d , K _d s

• K_d = Partikülün birim ağırlığındaki aktivite (Bq/kg kuru ağırlık) Deniz suyunun birim ağırlığındaki aktivite (Bq/kg)

• K_ds = Dip sedimentin birim ağırlığındaki aktivite (Bq/kg kuru ağırlık) Deniz suyunun birim ağırlığındaki aktivite (Bq/kg)

Açık okyanus için bazı elementlerin K(d) değerleri Cs 2 x 10³

Cd 3 x 10³ Co 5 x 10⁷ Ag 2 x 10⁴ Po 2 x 10⁷ Pb 1 x 10⁷

Okyanus sınırı için bazı elementlerin K(d)s değerleri Cs 4 x 10³

Cd 3 x 10⁴ Co 5 x 10⁵ Ag 1 x 10⁴ Po 2 x 10⁷ Pb 1 x 10⁵

Trofik transfer potansiyeli (TTP) özümleme veriminin (assimilation efficiency) vücut dışına akış hızına oranıdır.

210Po yüksek TTP değerine sahip bir radyonükliddir. Metil-civa, çinko ve selenyum benzer şekilde yüksek TTP değerlerine sahip elementlerdir.

210 Po ve trofik transfer potansiyeli

Eser elementlerin trofik transferi dört parametre ile tanımlanır:

1. Ağırlığa özel yeme oranı (the weight-specific ingestion rate) IR 2. Özümleme verimi (the assimilation efficiency) AE

3. Atılım hız sabiti (the physiological loss rate constant) k 4. Ağırlığa özel büyüme oranı (weight-specific growth rate) g

Bu parametreler Trofik Transfer Potansiyelini (TTP) oluşturur. TTP

Sucul besin zincirlerinde civanın biyoyükseltgenmesi büyük hacimli, uzun yaşayan ve besin zincirinin üst tabakalarında bulunan canlılarda en yüksek konsantrasyonlara ulaşılması ile bir çok çalışmada gösterilmiştir.

Civanın biyoyükseltgenmesi (²⁰³Hg radyonüklidi ile izlenebilir) kısmen metil civanın trofik transferinin yüksek olması ile ilgilidir.

Civaya göre daha az rapor edilmekle birlikte selenyumun da bir alt tabaka besin düzeyine veya alt tabakalara göre biyolojik yükseltgenme gösterdiği bilinmektedir.

Hg biyoyükseltgenmesi

Cs elementi deniz suyunda çoğunlukla (yaklaşık %99 oranında) serbest katyon şeklinde bulunur (Cs⁺). K, Na ve Rb için de aynı durum geçerlidir.

137Cs radyonüklidi deniz suyunda analogları olan K ve Na bol miktarda bulunması nedeniyle deniz omurgasızlarında çok az biriktirilmektedir. Deniz suyundaki K konsantrasyonu 10 mM iken Cs konsantrasyonu 2 nM kadar düşük olabilmektedir.

Bu nedenle çok düşük CF değerlerine ulaşabilirler (1-20).

Tatlı su organizmalarında da benzer sonuçlar elde edilmiştir. Bunun nedeni ise alkali toprak metal iyonlarıdır. Bu rekabetçi elementler olmadığı taktirde diyatomlarda Cs CF değerinin 10⁴’e kadar yükselebildiği görülmüştür.

137

Cs Biyobirikimi

Cs yumuşak dokularda kabuğa göre daha fazla birikir. Genellikle kas dokularında biriktirilir. Bivalvlerde en fazla biriktiği yer kaslı ayaktır.

137Cs_kas = ¹³⁷Cs iç organlar > ¹³⁷Cs _kabuk

Sert dokularda biriken ⁹⁰Sr da benzer şekilde deniz suyundaki analog elementi olan Ca bolluğu nedeniyle deniz omurgasızlarında düşük miktarda biriktirilir.

137

Cs Biyobirikimi