MERCURY AND RADIONUCLIDES IN SEDIMENTS OF THE KASTELA BAY (CROATIA) : 

EVALUATION OF THE SEDIMENT POLLUTION HISTORY.

D. Foucher

1

, S. Niessen

2

, J-C. Fischer

2

, Z. Kwokal

3

, D. Barisic

3

and N. Mikac

3*

1

Department of chemistry, University of Trent, 1600 West Bank Dr., Peterborough, Ontario, K9J 7B8, Canada

2

Laboratory for Analytical and Marine Chemistry, UMR 8013 CNRS, University of Science and Technology of Lille, 

Villeneuve d’ascq, France

3

Center for Marine and Environmental Research, Rudjer Boskovic Institute, Zagreb, Croatia

Abstract

Mercury and radionuclides (

226

Ra, 

238

U and 

137

Cs) were measured in sediments of the Kastela bay (Eastern Adriatic Coast), polluted with

mercury by the chlor-alkali plant. From depth distributions of 

238

U, 

226

Ra and Hg it was revealed that sediment represents a mixture of

natural sediment (rich in Hg) and ash (poor in Hg and rich in radionuclides) from coal used in the factory power plant. Distribution of

137

Cs showed that sediment up to a depth of 50 cm was younger than 1986, meaning that dumping of the coal ash to the sea took place

after this year.

Keywords: mercury, radionuclides, Kastela bay, pollution history

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

195

Introduction

Kastela bay is a semi-enclosed bay, situated in the central part of

the Eastern Adriatic coast, which is heavily polluted with mercury by

40-years activity (1949-1989) of the chlor-alkali plant. High

concentrations of total and methyl mercury were demonstrated in

sediment and marine organisms of this area (1). Although the factory

is closed already for more than 10 years, mercury buried in sediment

still represents an important source of this metal for the whole

ecosystem (2). In order to elucidate the fate of mercury deposited in

sediment and to evaluate pollution history of the area, sediment cores

sampled in front of the chlor-alkali plant were analyzed for mercury

and radionuclides content.

Sampling and methods

Sediment cores were sampled in June 2000, February and October

2001 at a distance of 100 m from the chlor-alkali plant. Cores, 20 to

50 cm long, were sliced onto 2 to 5 cm thick layers. A portion of each

sediment slice was dried at room temperature for Hg analysis and

another one at 106 

o

C for radionuclide analysis. After wet digestion of

sediment with concentrated HNO

3

, mercury was determined by

CVAFS (cold-vapor atomic fluorescence spectrometry). For

radionuclides a HPGe detector connected to a 4096 channel analyzer

was used. Spectra were recorded for 80000 s and analyzed on PC

using GENIE 2000 software. 

Results and discussion

Mercury distribution in sediments sampled in front of the chlor-

alkali plant demonstrated anomalous behavior – an absence of

correlation with organic carbon (C

org

), a strong positive correlation

with inorganic carbon (C

inorg

) and very irregular depth distribution.

Results of radionuclides analyses (Table 1) revealed that this sediment

was highly contaminated with 

226

Ra and 

238

U, in comparison with the

Adriatic Sea sediments (3), and that a negative correlation existed

between Hg and radionuclides. Typical sediment depth profiles of Hg

and radionuclides (Fig. 1) illustrated opposite depth distributions of

Hg and 

226

Ra or 

238

U. On the basis of all data obtained from 4

different sediment cores, it was reconstructed that the ash from the

coal used in the factory

power plant was dumped

to the sea and that

analyzed sediments re-

presented a mixture of

such artificial material

and natural sediment.

Obtained negative corre-

lations between Hg,

C

inorg

and 

226

Ra or 

238

U

were a consequence of

mixing coal ash, which

was low in Hg and C

inorg

and high in radio-

nuclides, with natural

sediment, which was

high in Hg and C

inorg 

and low in natural radionuclides content

(Table1). It was estimated that sediment contained between 15 and

80% of the coal ash and analyzed sediment cores demonstrated that

sediment and ash were mixed in very irregular manner, regarding both

spatial and depth distributions. 

Table 1. Average concentrations of some parameters in coal ash, sedi-

ments from the Kastela bay and, for comparison, in sediments from the

Adriatic Sea (KB - Kastela bay; AS – Adriatic sea).

Data on 

137

Cs content (Table 1, Fig. 1) showed that sediment was

characterized with relatively large range of 

137

Cs activity (0.5 – 5.0

Bq/kg) and that 

137

Cs was positively correlated with Hg. Very similar

depth profiles of 

137

Cs and Hg obtained in analyzed sediment cores

(Fig.1) illustrate this correlation. The obtained positive correlation

confirm the a consequence of mixing the coal ash with low 

137

Cs

content with sediment that contained much higher 

137

Cs

concentrations (Table 1). Sediment containing low percentage of ash

at the bottom of the sediment core(Fig. 1) had high 

137

Cs

concentration (about 5.0 Bq/kg) which was typical for sediments

deposited after the Chernobyl accident. Accordingly, it was concluded

that dumping of the coal ash to the sea took place after 1986.

These results did not allowed a more precise dating of the mercury

pollution history of the area due to artificial nature of the investigated

sediments. For this purpose longer sediment cores at various distance

from the factory should be analyzed. However, obtained results

explained well recent pollution history of the investigated sediment

and for the first time demonstrated that the Kastela bay is heavily

polluted not only with mercury, but also with radionuclides.

References

1-Mikac, N., Picer, M., Stegnar, P. and Tusek-Znidaric, M., 1985.

Mercury distribution in polluted marine area, ratio of total mercury,

methyl mercury and selenium in sediments, mussels and fish. Water Res.,

19: 1387-1392. 

2-Kwokal, Z., Franciskovic-Bilinski, S., Bilinski, H. and Branica, M.

2002. A comparison of anthropogenic mercury pollution in Kastela Bay

(Croatia) and pristine estuaries in Ore (Sweden) and Krka (Croatia). Mar.

Pollut. Bull.,44: 1150-1155.

3-Barisic, D., Vertacnik, A., Lulic, S., Mihelcic, G., Sondi, I., Juracic, M.,

Prohic, E. and Crmaric, R., 1998. Natural radionuclides in recent marine

sediments of the Adriatic Sea. Rapp.Comm. int. Mer Medit.35: 228-229.

Fig. 1. Depth distributions

of Hg and radionuclides in

sediment core sampled in

February 2001.