9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι

Transcript

1 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι ΕΠΟΧΙΑΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΩΝ ΡΟΩΝ ΣΤΗ Ν.Δ. ΜΑΥΡΗ ΘΑΛΑΣΣΑ SESAME IP (ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2007 ΜΑΡΤΙΟΣ 2008) Σταυρακάκη Ι. 1, Παπαδόπουλος Β. 2, Παπαθεοδώρου Γ. 1, Κρασακοπούλου Ε. 2, Παπαθανασίου Ε. 2, Καμπούρη Γ. 2 1 Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας, Τμήμα Γεωλογίας, Πανεπιστημίου Πατρών, iwanna18@hotmail.com, gpapathe@upatras.gr 2 Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, vassilis@ath.hcmr.gr, ekras@ath.hcmr.gr, vpapath@ath.hcmr.gr,gkamb@ath.hcmr.gr Περίληψη Με τη χρήση ιζηματοπαγίδων μετρήθηκαν σωματιδιακές ροές στη νοτιοδυτική Μαύρη Θάλασσα τη χρονική περίοδο Οκτώβριος Μάρτιος Η διάταξη έφερε δύο ιζηματοπαγίδες και ρευματογράφους σε βάθη 930 και 1930m. Οι μέση ολική ροή αυξάνει με το βάθος, (80 και 90 mg m -2 d -1 στα 930 και 1930m αντίστοιχα). Οι ολικές ροές παρουσιάζουν εποχιακές διακυμάνσεις με υψηλές τιμές την περίοδο Νοεμβρίου-Δεκεμβρίου και μικρότερες την περίοδο Ιανουαρίου- Απριλίου. Λέξεις κλειδιά: ιζηματοπαγίδα, οργανικός C, CaCO 3, βιογενές Si, λιθογενή υλικά. SEASONAL VARIABILITY IN PARTICLE FLUX IN THE S.W. BLACK SEA SESAME-IP (OCTOBER 2007 MARCH 2008) Stavrakaki Ι. 1, Papadopoulos V. 2, Papatheodorou G. 1, Krasakopoulou E. 2, Papathanasiou E. 2, Kabouri G. 2 1 Department of Geology, University of Patras iwanna18@hotmail.com, gpapathe@upatras.gr, 2 Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, vassilis@ath.hcmr.gr, ekras@ath.hcmr.gr, vpapath@ath.hcmr.gr, gkamb@ath.hcmr.gr Abstract Particle fluxes were measured at a site (STRAP) in SW Black Sea, using automated sediment traps at the water depths of 930 and 1930m. Mean total flux increased with depth, (80 and 90 mg m -2 d -1 for the upper and near sea bed trap, respectively). High fluxes occurred from November to December while significantly lower fluxes were observed from January to March. Keywords: sediment trap, organic C, CaCO 3, biogenic Si, lithogenic matter. 1. Εισαγωγή Οι εποχιακές διακυμάνσεις στην ιζηματογένεση της Μαύρης Θάλασσας αποτυπώνονται και διατηρούνται στα ιζήματα του πυθμένα με εναλλαγές λευκών/σκουρόχρωμων λεπτοστρώσεων λόγω της απουσίας βιοαναμόχλεσυης εξαιτίας του ανοξικού περιβάλλοντος που επικρατεί στα βαθύτερα στρώματα της θάλασσας (Ross & Degens, 1974; Degens et al., 1980). Οι λευκές λεπτοστρώσεις συνίστανται κυρίως από κοκκόλιθους του είδους Emiliania huxleyi (Muller & Blachke, 1969; Bukry et al., 1970), ενώ οι μαύρες λεπτοστρώσεις συνίστανται κυρίως από χερσογενή υλικά (Muller & Stoffers, 1974; Hay, 1988). Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα προκαταρτικά αποτελέσματα που προέκυψαν από μια διάταξη δύο ιζηματοπαγίδων στη Ν.Δ Μαύρη Θάλασσα και αναφέρονται στις εποχιακές μεταβολές των σωματιδιακών ροών. Μετρήσεις ροών σωματιδίων στη Μαύρη Θάλασσα έχουν γίνει κατά το παρελθόν από τους Ηonjo et al., 1987; Hay, 1988; Hay & Honjo, 1989; Hay et al., 1990; Osawa et al.,

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι 2. Μεθοδολογία Στον ΝΔ χώρο της Μαύρης Θάλασσας (43 o 01,812Β, 29 o 28,498Α), ποντίστηκε μία διάταξη δύο ιζηματοπαγίδων, από τον Οκτώβριο 2007 μέχρι το Μάρτιο 2008, σε βάθος 1965m, ως μέρος του προγράμματος SESAME (Εικ. 1). Χρησιμοποιήθηκαν ιζηματοπαγίδες τύπου TECHNICAP PPS3/3 με 12 δοχεία υποδοχής και με επιφάνεια συλλογής m 2. Η πρώτη τοποθετήθηκε σε βάθος 930m (ονομαστικό βάθος 1000m), ενώ η δεύτερη σε βάθος 1930m (ονομαστικό βάθος 2000m), 35m πάνω από τον πυθμένα. Κάτω από κάθε ιζηματοπαγίδα και σε απόσταση 3m, τοποθετήθηκε ένας ρευματογράφος. Οι περίοδος δειγματοληψίας ήταν 15 ή 16 ημερών. Η επεξεργασία των δειγμάτων έγινε σύμφωνα με τους Heussner et al., Εικ. 1: Θαλάσσια κυκλοφορία (Korotaev et al., 2003) και θέση διάταξης των ιζηματοπαγίδων. Σε κάθε δείγμα των παγίδων μετρήθηκε και υπολογίστηκε: (α) η ολική μάζα, (β) το οργανικό υλικό με διπλασιασμό του οργανικού C (Gordon, 1970, Cutter and Radford-Knoery, 1991), (γ) το βιογενές Si με εκχύλιση του πυριτίου σε διάλυμα Na 2 CO 3 2M σε 85 o C και για 5h (Mortlock and Froelich 1989), (δ) τα ανθρακικά (ανόργανος C*8.33) και (ε) τα λιθογενή υλικά από τον τύπο (100 [Οργανικό υλικό+ανθρακικά+βιογενές Si]), (Monaco et al., 1990). 3. Αποτελέσματα 3.1 ΟΛΙΚΗ ΡΟΗ Οι ολικές ροές των σωματιδίων στη Ν.Δ Μαύρη Θάλασσα κατά το εξάμηνο Οκτώβριος 2007-Μάρτιος 2008 παρουσιάζονται στην Εικόνα 2. Οι ολικές ροές παρουσιάζουν έντονες εποχιακές διακυμάνσεις με σαφή τάση αύξησης το φθινόπωρο και μειωμένες τιμές τον χειμώνα. Στην ανώτερη ιζηματοπαγίδα οι μέγιστες ροές διαπιστώθηκαν το χρονικό διάστημα Νοέμβριος - Δεκέμβριος και οι ελάχιστες 1-15/Ιανουαρίου. Την περίοδο Ιανουαρίου-Μαρτίου, οι ολικές ροές παρουσιάζουν σχεδόν σταθερές τιμές και είναι σημαντικά μικρότερες από αυτές της περιόδου Νοεμβρίου Δεκεμβρίου. Η μέση τιμή της ολικής ροής στην ανώτερη ιζηματοπαγίδα είναι 80 mg m -2 d -1. Στην πυθμενική ιζηματοπαγίδα παρατηρείται παρόμοιο εποχιακό σήμα. Η μέση τιμή της ροής στο βάθος 2000 m είναι 90 mg m -2 d -1. Το μέγιστο της ολική ροής 242 και 224 mg m -2 d -1 κοντά στον πυθμένα καταγράφηκε στο διάστημα 16/Νοεμβρίου 15/Δεκεμβρίου, δηλαδή με ημέρες καθυστέρηση σε σχέση με το μέγιστο (182 mg m -2 d -1 ) της ανώτερης ιζηματοπαγίδας. -33-

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 2: Διαγράμματα μεταβολών της ολικής ροής, ροών και περιεκτικότητας των κυρίων συνιστωσών της ροής οργανικού C, ανθρακικών, βιογενούς Si και λιθογενών ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ C Τα ποσοστά του οργανικού C κυμάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα και στα δύο βάθη. Στην ανώτερη παγίδα η μέση τιμή ήταν 15%, ενώ στην πυθμενική 13%. Οι τιμές στα 1000m κυμάνθηκαν από 8-23%. To κύριο μέγιστο με 23%, καταγράφηκε στο διάστημα 1-15/Νοεμβρίου, ενώ στα 2000m δεν παρατηρήθηκαν μεγάλες διακυμάνσεις (οι τιμές σε αυτό το βάθος κυμάνθηκαν από 10-17% και CV%=18). Η μέσες τιμές ροής του οργανικού C ήταν σχεδόν παρόμοιες και στα δύο βάθη (11.90 και mg m -2 d -1 στα 1000 και 2000m αντίστοιχα), ενώ το μέγιστο της πυθμενικής καθυστέρησε κατά μια περίοδο σε σχέση με αυτό της επιφανειακής. Οι χρονικές μεταβολές ροών του οργανικού C παρουσίασαν παρόμοια εικόνα με αυτές των ολικών ροών και στα δύο βάθη CaCO 3 Τα ανθρακικά δείχνουν μια αύξηση στα ποσοστά τους με το βάθος (19 και 25% για την ανώτερη και κατώτερη παγίδα αντίστοιχα, Εικ. 2). Η ανώτερη παγίδα παρουσιάζει δύο μέγιστα με 44 (Ιανουάριος) και 40-50% (Φεβρουάριος), τα οποία δεν είναι εμφανή στην πυθμενική. Οι μέση ροή των ανθρακικών αυξάνει με το βάθος (15 και 22 mg m -2 d -1 στα 1000 και 2000m αντίστοιχα). Η αύξηση αυτή οφείλεται κυρίως στο έντονο μέγιστο του Νοεμβρίου-Δεκεμβρίου που κατέγραψε η πυθμενική παγίδα, που δεν εμφανίστηκε στην ανώτερη. Το γεγονός αυτό πιθανώς να ερμηνεύεται με πλευρική μεταφορά υλικού φρέσκου ή/και επαναιωρούμενου μεταξύ των 1000m που χωρίζουν τις δύο παγίδες. -34-

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι 3.4 ΒΙΟΓΕΝΕΣ Si Τα ποσοστά βιογενούς Si (Εικ. 2) στην ανώτερη παγίδα κυμαίνονται από 7% (15-31/Μαρτίου) έως 22% (1-15/Μαρτίου), με μέσο όρο 15%. Η πυθμενική ιζηματοπαγίδα παρουσιάζει χαμηλότερα ποσοστά και εντονότερη διακύμανση τιμών σε σχέση με την επιφανειακή. Σε βάθος 2000m, τα ποσοστά κυμαίνονται μεταξύ 5% (15-30/Νοεμβρίου) και 26% (1-15/Φεβρουαρίου), ενώ η μέση τιμή είναι 10%. Εμφανή είναι δύο μέγιστα, ένα κύριο (1-15/Φεβρουαρίου με 26%) και ένα δευτερεύον (16-31/ Δεκεμβρίου με 14%). Οι μεταβολές της ροής του βιογενούς Si σε βάθη νερού 1000m και 2000m ακολουθεί κατά το μάλλον ή ήττον τις μεταβολές της ολικής ροής, με υψηλές τιμές την περίοδο Νοεμβρίου-Δεκεμβρίου και σχετικά μικρότερες την περίοδο Ιανουαρίου-Απριλίου, ενισχύοντας την άποψη ότι η πρωτογενής παραγωγικότητα ελέγχει σε σημαντικό βαθμό την ολική καθίζηση των σωματιδίων (Εικ. 2). Ο μέσος όρος ροής του Si στην ανώτερη παγίδα είναι 12 mg m -2 d -1. Στην πυθμενική ιζηματοπαγίδα, παρατηρούνται δυο σαφή μέγιστα, το Δεκέμβριο με 17 και τον Φεβρουάριο με 18 mg m -2 d -1 ενώ η μέση τιμή υπολογίστηκε σε 9 mg m -2 d -1. Η μέγιστη ροή του βιογενούς Si καταγράφεται στην πυθμενική παγίδα με καθυστέρηση ενός περίπου μηνός συγκριτικά με την μέγιστη της ανώτερης παγίδας (Εικ. 2) ΛΙΘΟΓΕΝΕΣ ΚΛΑΣΜΑ Τα λιθογενή παρουσιάζουν μια αύξηση των ποσοστών με το βάθος (37 και 39% στα 1000 και 2000m αντίστοιχα) και έντονες μεταβολές (Εικ. 2). Η ροή λιθογενών δείχνει μια αύξηση με το βάθος (29 και 35 mg m -2 d -1 για την ανώτερη και πυθμενική αντίστοιχα). Η ανώτερη παγίδα κατέγραψε τέσσερα μέγιστα: 1-15/Νοεμβρίου, 16-31/Δεκεμβρίου, 16-31/Ιανουαρίου και 16-31/ Μαρτίου με 60, 52, 28 και 44 mg m -2 d -1 αντίστοιχα. Η πυθμενική κατέγραψε δύο μέγιστα: 1-15/ Δεκεμβρίου και 16-29/Φεβρουαρίου με 104 και 47 mg m -2 d -1, ένα μήνα αργότερα μετά τα μέγιστα του Νοεμβρίου και Δεκεμβρίου της επιφανειακής. 3.6 ΡΕΥΜΑΤΑ Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται τα στατιστικά της κάθε χρονοσειράς. Τα ρεύματα είναι ασθενή και στις δύο χρονοσειρές με ελάχιστες διαφορές στα στατιστικά τους στοιχεία. Οι μέσες ταχύτητες ήταν 2.84 cm/sec για το επίπεδο των 930 m και 2.86 cm/sec στα 1930 m και εμφανίζουν σε αρκετές περιπτώσεις χαρακτηριστικά αδρανειακής συμπεριφοράς και στα δύο επίπεδα που επιβεβαιώνεται και από την αυτοσυσχέτισή τους (Εικ. 3). Παρουσιάζουν συχνά περιοδικότητα της τάξης των 17 ωρών που είναι η χαρακτηριστική αδρανειακή συχνότητα στο γεωγραφικό πλάτος της συγκεκριμένης πόντισης (Coriolis συχνότητα ~0.06 cph). Η γενική τους έχει διεύθυνση ΔΝΔ με αργό αλλά σταθερό ρυθμό σε όλη τη διάρκεια της καταγραφής (Εικ. 4). Πίνακας 1: Στατιστικά ρευμάτων (ταχύτητα σε cm/sec, διεύθυνση σε μοίρες). Ρευματογράφος Βάθος RCM RCM Περίοδος δεδομένων 06/10/07 09/04/08 06/10/07 09/04/08 Μέση ταχύτητα Τυπική απόκλιση Μέγιστη ταχύτητα Μέση διεύθυνση Μέση u συνιστ. Μέση v συνιστ

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 3: Χρονική μεταβολή των διανυσμάτων των ρευμάτων (stick diagrams) στα 930 m (α) και στα 1930 m (β). Εικ. 4: Προοδευτικά διανυσματικά διαγράμματα για το βάθος των 930 m (α) και των 1930 m (β). 4. Συμπεράσματα Οι υψηλότερες μέσες ροές στα 2000m σε σχέση με αυτές που μετρήθηκαν στα 1000m οδηγεί στο συμπέρασμα της πλευρικής τροφοδοσίας κατά το χρονικό διάστημα του πειράματος. Η εμφάνιση των κυρίων μεγίστων και στα δύο βάθη κατά την περίοδο του χειμώνα πιθανώς να οφείλεται στην έντονη παροχή των ποταμών (κυρίως του Δούναβη, προσωπική επικοινωνίααδημοσίευτα στοιχεία) σε αιωρούμενο υλικό (Εικ. 2) ή/και σε θρεπτικά, καθώς επίσης και σε επαναιώρηση του υλικού της υφαλοκρηπίδας λόγω του ισχυρού πεδίου διατμητικής τάσης ανέμου. Το λιθογενές κλάσμα επικρατεί των τριών άλλων συνιστωσών της ολικής ροής και στα δύο βάθη. Συνολικά όμως, το βιογενές υλικό (οργανικό υλικό+ανθρακικά+βιογενές Si) επικρατεί του αβιοτικού (λιθογενές). Η καθυστέρηση της εμφάνιση του μέγιστου στα 2000m σε σχέση με το μέγιστο στα 1000m, είναι της τάξεως ημερών και προτείνει ταχύτητα καθίζησης μεταξύ 22 και 67 m d -1. H εκτίμηση αυτή είναι συγκρίσιμη με τις προτεινόμενες ταχύτητες από τους Honjo et al. (1987) (65±22 m d -1 ) και τους Osawa et al. (2005) (38-60 m d -1 ). Τα ρεύματα είναι ιδιαίτερα ασθενή και ακολουθούν την διεύθυνση κίνησης του Δυτικού Κυκλώνα της Μαύρης Θάλασσας (Εικ. 1). 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Bukry, D., King S. A., Horn, M. K. & Manheim, F. T., Geological significance of coccoliths in finegrained carbonate bands of postglaciai Black Sea sediments. Nature, 226: Cutter, G.A., and Radford-Knoery, J., Determination of carbon, nitrogen sulfur and inorganic sulfur species in marine particles. p In: Marine Particles: Analysis and Characterization, D.C. Hurd and D.W. Spencer (Eds), Am. Geophys. Union, Geophys. Monogr. 63. Degens E. T., Michaelis, W., Garrasi, C., Mopper, K., Kempe, S. & Ittekkot, V. A., Warven-Chronologie und frühdiagenetische Umsetzungen organischer Substanzen holoz~iner Sedimente des Schwarzen Meeres. Neues Jahrbuch Geologisch-Palaeontologischer Monatshefte, 5: Gordon, D.C., Some studies of the distribution and composition of particulate organic carbon in the North Atlantic Ocean. Deep-Sea Research, 17: Hay B. J., Sediment accumulation in the central western Black Sea over the past 5100 years. Paleoceanography, 3: Hay, B.J. 7 Honjo, S., Particle deposition in the present and Holocene Black Sea. Oceanography 2: Hay, B.J., Honjo, S., Kempe, S., Ittekkot, V.A., Degens, E.T., Konuk, T. & Izdar, E., Interannual variability in particle flux in the southwestern Black Sea. Deep-Sea Research 37: Heussner, S., Ratti, C., & Carbonne, J., The PPS3 time-series sediment trap and the trap sample processing techniques used during the ECOMARGE experiment. Continental Shelf Research, 10: Ηonjo, S., Hay, B.J., Manganini, S.J., Asper, V.L., Ittekkot, V.A., Degens, E.T., Kempe, S., Ittekkot, V.A., Izdar, E., Konuk, -36-

6 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι T., & Benli, H.A., Seasonal cyclicity of lithogenic particle fluxes at a southern Black Sea sediment trap station. In: Particle flux in the Ocean. SCOPE/UNEP Sonderband Heft 62, Universitat Hamburg, pp Korotaev, G., Oguz, T., Nikiforov A., & Koblinsky, C., 2003,. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data. Journal of Geophysical Research, 108(C4), 3122, doi: /2002jc Monaco, A., Biscaye, P.E., Soyer, J., Rolington, R. & Heussner, S., Particle fluxes and ecosystem response on a continental margin: the Mediterranean ECOMARGE-I experiment. Continental Shelf Research, 10: Morlock, R.A.& Froelich, P.N., A simple method for a rapid determination of biogenic silica in pelagic marine sediment. Continental Shelf Research, 39(9): Muller, G. & Blaschke, R. R., Zur Entstehung des Tiefsee-Kalkschlammes im Schwarzen Meet. Naturwissenschaften, 56, Muller, G. & Stoffers, P., Mineralogy and petrology of Black Sea sediments. In:/ The Black Sea Geology, chemistry, and biology,/ E. T. Degens and D. A. Ross, (Eds), Memoirs of the American Association of Petroleum Geologists, 20, Osawa, M., Takahashi, K. & Hay, B.J., Shell-bearing plankton fluxes in the central Black Sea, Deep-Sea Research I 52: Ross D.A. and Degens E. T., Recent sediments of the Black Sea. In:/ The Black Sea Geology, chemistry, and biology/, E. T. Degens and D. A. Ross, (Eds), Memoirs of the American Association of Petroleum Geologists, 20,