DISTRIBUTION AND ORIGIN OF HYDROCARBONS IN SURFICIAL SEDIMENTS 

FROM IZMIR BAY (TURKEY)

E. Darilmaz and F. Kucuksezgin*

Institute of Marine Sciences and Technology, Inciralti, 35340-Izmir, Turkey - *filiz.ksezgin@deu.edu.tr

Abstract

Hydrocarbons were studied in sediments collected from the bay. Total hydrocarbon concentrations ranged from 762-8502 while total

aliphatic and aromatic hydrocarbons varied between 448-4427 and 223-6461 ngg

-1

, respectively. High levels of aliphatics were observed

in the inner bay due to domestic and industrial activities. Molecular indices were used to indicate the most probable source of

contamination. Pri/Phy ratios of all stations were found >1 indicating the biogenic sources. All samples are characterized

Phenanthrene/Anthracene ratio values <10 and most of samples are grouped by Fluoranthene/Pyrene ratios >1, which is characteristic of

strong pyrolytic input.

Key words: sediment, aliphatic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon, Izmir Bay

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

186

Introduction

Izmir Bay is one of the great natural bays of the Mediterranean.

Industrial activities cover a large range of industries including food

processing, tanneries, paint, chemicals, textile and petroleum refining.

A large number of studies have been carried out on the physical,

chemical and biological oceanography of Izmir Bay, but no published

data are available on petroleum hydrocarbon concentrations. Aksuet

al.(1) have only investigated congeners of polycyclic aromatic

hydrocarbon (PAH) in surface sediments from the inner bay. This is

the first time that the complete set of such data has been collected and

evaluated in the bay.

Materials and methods

Surface sediments were collected at 16 locations in November

2000. Samples were collected using with a Van-Veen grab sampler and

extracted in a soxhlet apparatus, using n-hexane and dichlorometane,

according to UNEP (2). Extracts were separated into two fractions,

using a column chromatography on silica and alumina. The first group

has saturated aliphatic, the second group has unsaturated and aromatic

hydrocarbons. High-resolution gas chromatography was conducted on

a CHROMPACK gas chromatograph, equipped with a split/splitless

capillary injection system, ?ame ionization detector. The detection

limits range between 0.15-2.9 (ng g

-1

).

Results and discussion

Aromatic Petroleum Hydrocarbons

The relatively high concentrations observed for the inner bay and

the port is linked to the greater industrialisation and urbanisation at

this part compared to the other sites (Table 1). In contrast, PAH

concentrations in most of the sediments in the outer bay are low, and

are typical of locations distant from extensive anthropogenic

activities. Anthracene and indeno[1,2,3-c,d] pyrene are measured at

all stations while naphthalene and benzo[g,h,i]perylene are only

found in the middle bay. Total PAH ranges from 223-646 ngg

-1

dry wt.

and concentrations in the bay are comparable to relatively unpolluted

locations in the Mediterranean and are lower than levels reported for

polluted NW Mediterranean (3). The fingerprints of PAHs from

pyrolytic or petrogenic origin may be used to differentiate these two

origins by using molecular indices based on ratios of selected PAHs.

Equivalent values for the phenanthrene/anthracene(Phe/Ant),

?uoranthene/pyrene(Flt/Pyr) are presented in Table 1. All samples are

characterized Phe/Ant ratio values <10 and most of samples are

grouped by Flt/Pyr ratios >1, which is characteristic of strong

pyrolytic input. Low values indicate petrogenic origin of the

compounds. It is mainly linked to the shipping activity. The various

possible PAH sources were estimated by calculating correlation

coefficients between total and individual PAHs. All coefficients were

generally found to be high (R

2

= 0.70-0.90). These high correlation

levels for most PAHs indicate that sediment contamination was

produced by the same sources and the fate of these contaminants was

similar.

Aliphatic Petroleum Hydrocarbons

n-C14, n-C17 ranged between 0.12-829, 33-414 ngg

-1

in the study

area, respectively. C14-C18 was found throughout study area in which

C18 (196-1068 ngg

-1

) was the most abundant. High levels of

aliphatics were observed in the inner bay due to anthropogenic

sources. It is suggested that the presents of aliphatics due not only to

anthropogenic activity but also result of marine phytoplankton and

terrestrial vegetation (4). This is indicated by the presence of phytane

and pristane at all stations. Pristane and phytane are often considered

as good indicators of petroleum contamination. Pri/Phy ratios were >1

indicating the biogenic source in the bay. Increased ratios are also

found at the estuary of Gediz River. The Pri/Phy ratio was low in the

inner bay, indicating low contribution from biogenic hydrocarbons.

Total aliphatic hydrocarbons ranged from 448-4427 ngg

-1

. Total

aliphatic hydrocarbon concentrations were higher than Eastern

Mediterranean by Gogou et al.(5), similar in coastline-Black Sea by

Readman et al.(6). Total extractable organic matter (EOM) ranged

between 1-6.9 mgg

-1

in the outer bay, 1.7-11 mgg

-1

in the middle-

inner bays, 84 mgg

-1

in the harbor. The linear regressions between

total PAHs, aliphatic, hydrocarbon and the % of organic matter show

significant correlation coefficients.

Table 1. The concentration of total aliphatic (T.Ali), total aromatic

(T.Aro), total hydrocarbons (T.Hc), organic matter, extractable organic

matter (EOM) and selected ratios

Conclusions

Two main source of PAHs in Izmir Bay sediments studied here have

been found; pyrolytic and petrogenic, but the pyrolytic one is

predominant. An important change in the sediments characterization

can be observed according to the industrial activities along the Gediz

River estuary. Relative to other urbanized coastal areas worldwide, the

measured total hydrocarbons content of the bay can be considered low

to moderately contaminate.

References

1-Aksu A. E., Yasar D., and Uslu O., 1998. Assessment of marine

pollution in Izmir Bay: Heavy metal and organic compound concentra-

tions in surfical sediments. Turkish Journal of Engineering and Environ-

mental Science, 22: 387-415.

2-UNEP, 1991. Determinations of petroleum hydrocarbons in sediments.

Reference Methods for Marine Pollution Studies, No:20, 97p.

3-Benlahcen K.T., Chaoui A., Budzinski H., Bellocq J., and Garrigues

P.H., 1997. Distribution and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons

in some Mediterranean coastal sediments. Marine Pollution Bulletin, 34:

298–305.

4-Kennicutt M.C., Schroeder W.W., and Brooks J.M., 1995. Temporal

and spatial variations in sediment characteristics on the Mississippi-

Alabama continental shelf. Continental Shelf Research, 15: 1–18.

5-Gogou A., Bouloubassi I., and Stephanou E.G., 2000. Marine organic

geochemistry of the Eastern Mediterranean: 1. Aliphatic and polyaromatic

hydrocarbons in Cretan Sea surficial sediments. Marine Chemistry, 68:

265–282.

6-Readman J.W., Fillman G., Tolosa I., Bartocci J., Villeneuve J.P.,

Catinni C., and Mee L.D., 2002. Petroleum and PAH contamination of the

Black Sea, Marine Pollution Bulletin, 44: 48-62.