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Contamination assessment and bioavailability of heavy metals in the Chinhae Bay system, Korea

Title
Contamination assessment and bioavailability of heavy metals in the Chinhae Bay system, Korea
Authors
김은정
Issue Date
1996
Department/Major
대학원 생물과학과
Keywords
Contamination assessmentbioavailabilityheavy metalsChinhae Bay system
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Abstract
최근 산업화가 진행됨에 따라 진해만 내의 해양 생태계에서의 중금속 오염이 가속화되고 있다. 따라서 본 연구는 중금속의 분포 상황과 이동 경로를 보기위해 1995년 1월, 진해만을 4개의 소지역으로 나누어 퇴적물, 해수, 참굴을 채취하였다. 퇴적물 시료는 ICP-MS를 사용하여 As, Cd, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn의 총량이 측정되었다. 그 결과 Cd, Cr, Cu, Zn의 경우 마산만과 행암만에서 만의 가장 안쪽에서 가장 높은 농도를 보였으며 만의 밖으로 향할수록 점차 낮은 농도를 보였다. 수로 SN과 WE에서의 중금속의 분포는 각 중금속마다 각기 다른 양상을 보였다. 또한 퇴적물에서의 중금속의 농도는 지역마다 자연적인 분포가 다르기때문에 인위적인 영향을 받지않은 자연퇴적물에 대한 보정이 필요하며 이는 Al을 이용하여 수행되었다. Cd, Cu, Pb, Zn는 마산만에서 자연적 수준의 농도보다 높은 것으로 밝혀졌으며 이는 인위적인 오염의 결과로 판단된다. As 농도는 조사전 지역에서 자연상태보다 훨씬 높게 나타났다. 해수시료에서의 Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn의 중금속 총량은 ICP-MS를 사용하여 얻은 입자성 농도와 AAS를 사용하여 얻은 용존성 농도의 합으로 구해졌다 Cd, Co, Ni, Pb의 경우는 마산만에서만 높은 농도 분포를 보였으며 만의 안쪽으로부터 바깥쪽으로 갈수록 농도감소의 양상을 어느정도 보였다. 그러나 그 이외의 지역에서는 해수내의 중금속 총량이 퇴적물과 같은 명백한 양상을 보이지 않았는데 이는 많은 지구화학적, 물리적 작용들의 영향으로 해석된다. 참굴시료도 퇴적물과 마찬가지로 ICP-MS를 사용하여 As, Cd, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn의 총량이 측정되었다. 그러나 참굴에서의 중금속 농도는 Zn를 제외하고는 퇴적물과 해수에서와 같은 양상을 보이지 않았다. 이같은 결과는 제각 과정중의 오염물 손실 또는 오염, 채집시기, 시료의 연령, 청장, 해수와 퇴적물내의 중금속 농도의 영향 등에 기인한 것으로 보인다. 또한 참굴내에서의 Zn의 농도가 다른 중금속에 비해 수십 내지 수천 배 가량 높게 나타났다. 이는 Zn가 참굴내에서 무해한 zinc pyrophosphate의 형태로 축적되기때문에 가능한 것으로 추정되었다. 환경적 변수들과 생물적 요소들간의 상관관계 정도는 생물적 유용성의 척도로 간주되었다. 참굴내의 중금속 농도와 해수내의 입자성 중금속 농도는 이에 상응하는 해수내의 용존성 중금속 농도로 각각 나뉘어져 BCR과 MPR를 구하였다. 그러나 참굴내의 중금속 농도를 해수내의 총 중금속 농도로 나누어 얻은 BCF가 환경적 변수들과 가장 많은 상관관계를 보였다. 이로서 해수내의 총 중금속량이 입자성 혹은 용존성의 한 형태보다 더욱 참굴에 유용한 것으로 판명되었다.;Metal contamination of estuarine and coastal marine areas is an increasing problem in the Chinhae Bay System and elsewhere as urbanization extends into previously undeveloped area. To investigate the concentrations and transport pattern of metals, sediments, seawater and oysters were taken from 4 substudy areas in January, 1995. Sediment samples were analyzed for total contents of arsenic, cadmium, chromium, cobalt, copper, manganese, nickel, lead and zinc by ICP-MS. As a result, cadmium, chromium, copper and zinc showed maximum concentrations at the innermost parts of the Masan Bay and apparent pattern from innermost parts to outer. Waterway SN and WE, whereas, represented different trend of metal concentration distribution each metal. Interpretation of anthropogenic metal concentrations has been hampered by the fact that natural metal concentrations in sediments vary by orders of magnitude in different sediments. Therefore, normalization of metal concentrations to a reference element, aluminum was done. The results exhibited that the concentrations of cadmium, copper, lead and zinc were increased by anthropogenic contamination in the Masan Bay. The concentrations of arsenic were lain farthest from the natural range in all study areas. Total concentrations of cadmium, cobalt, copper, nickel, lead and zinc in seawater were calculated as the sum of dissolved concentrations by AAS and particulate concentrations by ICP-MS. The concentrations distribution of cadmium, cobalt, lead and nickel showed high concentration and somewhat gradient distribution from innermost parts to outer in only the Masan Bay. Total metal concentrations in seawater, however, did not present apparent pattern like sediments in the other study areas. Oyster samples were analyzed for the concentrations of arsenic, cadmium, chromium, cobalt, copper, manganese, nickel, lead and zinc by the use of ICP-MS. The metal concentrations in oysters didn't show similar pattern of sediments and seawater except zinc. This result can be considered by the loss of contaminant or contamination during shucking, the season of sampling, the age of samples, depuration and effects of the metal concentration in sediments and seawater. Also, the concentrations of zinc in oysters were one or three order higher than them of other heavy metals because zinc was accumulated in the form of detoxified zinc pyrophosphate comparing to other metals. The degree of correlation between environmental variables and biological factors was considered as the index of bioavailability. Metal concentrations in oysters and particulate phase of seawater were divided by the corresponding concentrations in dissolved phase of seawater to obtain the bioconcentration ratio (BCR) and metal partitioning ratio (MPR), respectively. Bioconcentration factor (BCF), which was the metal concentrations in oyster divided by the corresponding total concentrations in seawater, presented most close relationship with environmental variables. It can be concluded that total metal concentrations in seawater were more bioavailable to oysters than metal concentrations in only dissolved or particulate phase.
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