Spatial variations of seafloor iron cycle in Cilician basin (Eastern Mediterranean)

Abstract

Demir (Fe) biyojeokimyasal döngüsü oligotrofik Doğu Akdeniz'de önemli rollere sahip olabilmektedir. Bu önemin nedenleri (i) demirin yeni üretim için temel bir mikro besin tuzu olması, ve (ii) Deniz sistemi için gerekli olan oksijen, nitrojen ve iz metaller gibi redoksa duyarlı temel elementlerle bağlantısıdır. Deniz tabanında mikrobial solunumda elektron kaynağı olarak görev alan demir ve mangan bileşiklerinin gradyan oluşumu organik karbon akümülasyonu tarafından yönlendirilmektedir. Organizma tarafından kullanılabilen reaktif Fe ve Mn olarak da adlandırılan, sitrat-dithionite tampon çözeltisi tarafından extracte edilebilen bu fraksiyon oksik çevrede oksihidroksit formları şeklinde bulunmaktadır. Bu tez, Mersin Körfezi'nin Seyhan Nehri ile Aydıncık arasında 4 ana transekten toplanan 25 yüzey sediman örneklerinde reaktif demir ve mangan biyojeokimyasal dağılımın, diğer iz metallerle olan ilişkisi ve reaktif-toplam metal dağılımını ilk kaydını oluşturmaktadır. Kıyı örnekleri 10-100m derinlik aralığından toplanmış olup transeklerden birisi Seyhan ve Berdan nehirlerinden, diğer ikisi ise Göksu nehri açıklarından alınmıştır. Derin deniz örnekleri ise 100-500m derinlik aralığında Erdemli ve Göksu açıklarından toplanmıştır. Kilikya Baseni yüzey sedimanında reaktif demir farklı dağılımlar göstermektedir. Reaktif demir zenginleşmesi derinlikle azalırken, Mn zenginleşmesi açığa doğru artmaktadır. FeR ve organik karbon Aydıncık transektinde önemli pozitif korelasyon göstermektedir. Aydıncık transekti organik karbon ve çamur tane boyu arasında dikkate değer bir korelasyon görülmektedir. Her bir transekt kendine özgü deniz suyu ve deniz tabanı biyojeokimyasal özellikleri göstermektedir. Kıyıdan açık denize doğru nehir-orijinli reaktif demir ve mangan taşınmasını ima eden, kıyıdan açık denize doğru biyojeokimyasal geçiş Aydıncık ve Göksu transektlerinde daha net bir şekilde gözlemlenebilmektedir.

The biogeochemical cycling of iron (Fe) can play a potentially important role in the oligotrophic Mediterranean Sea. This importance stems from: (i) iron is an essential micronutrient for the new production, and (ii) it is associated with other essential redox-sensitive elements including carbon, nitrogen, oxygen and trace metals. Organic carbon burial in seafloor promotes the formation of gradients of iron and manganese species due to their role as electron acceptor for microbial respiration. The fraction of Fe and Mn species that is readily available for microbes is referred as reactive Fe and Mn, which comprise various labile forms of oxyhyroxides that could be extracted by a citrate-buffered dithionite solution. This thesis reports the first geochemical distribution of reactive iron and manganese, accompanied by other total metal distributions and their reactive-total partitioning in 25 surface sediment samples taken from four transects in Mersin Bay from Seyhan River to the Aydıncık. The coastal samples are taken from 10-100 m depth of a transect affected mainly by Seyhan and Berdan rivers in the Mersin Bay, and two transects along Göksu River. The deep-seafloor samples are obtained from a depth between 100-500 m in two transects offshore Erdemli and Göksu. The reactive iron in Cilician basin surface sediments is diversely distributed. Reactive iron enrichment decreases with depth whereas Mn enrichment significantly increases towards the open sea. FeR has significant correlation with organic carbon in Aydıncık transect. There is significant positive correlation between organic carbon and % mud fraction in Aydıncık transect. Each transect differs in biogeochemical properties of seawater and seafloor. The spatial biogeochemical gradient from coastal to deep seafloor could be seen more clear in Aydıncık and Göksu transects, hinting at coast to offshore transport of riverine reactive iron and manganese.