Sedimentary record of mediterranean inflow effect on redox conditions of Istanbul Strait outlet area of Black Sea

Abstract

Karadeniz'in dünya okyanus sistemi ile tek birleşim kanalı olan İstanbul Boğazı'nın çıkışı, kıtasal şelf ile kıtasal yamaçların üst kesimlerinden oluşmaktadır. Bölgenin karakteristik özelliği olan ağır dip Akdeniz akıntısı, anoksik Karadeniz havzasına girerek havzanın oksijenle havalanmasından sorumludur. Günümüz koşullarında oksik-anoksik sınırı su kolonunda 100-150 metre arasındadır ancak global deniz seviyesi değişimleri, havzaya gelen Akdeniz akıntısının ve nehir girdisinin miktarına bağlı olarak bu sınır geçmişte değişiklikler göstermiştir. İstanbul Boğazı'nın Karadeniz ile buluştuğu bölgeden oluşan çalışma alanından alınan karotlarının fiziksel özellikleri, XRF (X-Ray Floresans) yöntemi ile elementer analizleri ve toplam organik karbon (TOC) ve toplam inorganik karbon (TIC) değerleri ölçülmüştür ve bu ölçümlere dayanarak belirli seviyelerde AMS C14 yaş tayini yapılmıştır.-150 metreden daha sığ ve oksik alandan alınan karotlar belirgin laminasyon göstermeyen kavkı içerikli yeşil gri ve gri renkte çamur, anoksik ortamdan alınan karotlar laminalı ve bantlı koyu gri-siyah renkli çamur özelliği göstermektedir. -150 metreden daha derinden alınan karotlarda suboksik ve anoksik koyu yeşil ? gri renkli Sapropel birimi ile koyu gri-siyah renkli Kokolit birimi gözlenmektedir.Havzaya Akdeniz suyunun girmesinden sonra, günümüzden 9,4 binyıl öncesinde anoksik koşullar gelişmeye başlamıştır. Mn, Fe ve S anomalileri ve değişen kavkı içerikleri göz önünde bulundurularak, anoksik/oksik sınırı ve yükselen suboksik-anoksik dip su koşullarının sedimanter kayıtları -120m ve -150m karotlarında gözlenebilmektedir ve yapılan yaş tayinleri neticesinde bu seviye GÖ 6,8 binyıl olarak yaşlandırılmışlardır. Akdeniz akıntısı, GÖ 5.3 binyıl öncesine kadar, KD yönlü ana kanalı kullanarak bölgesinin batısında oksik dip su koşullarını sağlamıştır. Şelf alanının doğusunu oluşturan bölgede -307metre derinlikten alınan karotlarda yüksek Mn değerleri göz önünde bulundurularak Akdeniz akıntısının etkisi gözlenebilmektedir. Şelfin daha sığ bölgelerinden alınan karotlarda gözlenen Fe ve S anomalileri ile ilişkilendirilmemiş bu tarz Mn değişimleri büyük olasılıkla su kolonunda oluşmuş Mn(II)'nin çökelimi sonucudur. Mn anomalilerine ek olarak karotlarda gözlenen yeşil griden koyu gri-siyah renge geçiş ve kavkı içeriği de oksik koşullardan anoksik koşullara geçişi simgeleyen özelliklerden bir diğeridir.

The İstanbul Strait (Bosphorus) outlet area of the Black Sea (ISBS) is the only connection of the anoxic Black Sea basin with the world ocean. This area is characterized by the Mediterranean inflow which has played a major role in forming a fan delta with channel-levée complex. This inflow is also responsible for the ventilation and sluggish deep circulation the anoxic Black Sea basin. The oxic-anoxic boundary is presently at 100-150 m depth, but may have varied in the past as result of the changes in the amounts of the Mediterranean inflow, of riverine water input and global sea level. The cores obtained from the study area were analyzed for physical properties, XRF elemental analysis and total organic (TOC) and inorganic (TIC) contents, and dated by AMS C14 analysis.Cores located in the oxic zone above -150 m are green gray to gray mud without any distinct lamination whereas the cores in the anoxic zone are laminated and banded dark gray to black mud. Cores below -150 m show the presence of the suboxic to anoxic sediments of dark green to gray Sapropel and dark gray to black Coccolith units.The anoxia development started after the latest connection with Mediterranean waters at 9.4 ka BP as known from the previous works. The anoxic/oxic boundary and increasing suboxic-anoxic bottom water conditions in the whole slope area are detectable by Mn, S and Fe anomalies in the cores at -150 m and -120 m, which is tentatively dated 6.8 ka BP. Mediterranean inflow used the main channel towards to NW transporting oxygenated waters to the western side of the area and this transportation stopped at 5.3 ka BP. Bottom water anoxic conditions started to prevail in the area at that time as a result of this change in the direction of the inflow. The ventilation effect of Mediterranean waters on the seafloor can be followed at the eastern side of the outlet area down to -307 m (depth limit of the transects) by high Mn counts on the XRF scanner profiles, whereas on the western side of the area no active ventilation effect observed in the sedimentary record. Such Mn anomalies in upper slope cores, unassociated with Fe and S anomalies, are probably formed by deposition of Mn(II) from the water column. In addition to Mn anomalies the transition from oxic to anoxic conditions are shown by changes in mud colour from gray green through gray and dark gray to black and by the disappearence of the euryhaline bivalves.