Distribution of dissolved and particulate forms of iron and manganese in the Black Sea

Abstract

ÖZET KARADENİZDE ÇÖZÜNMÜŞ VE PARTİKÜL FORMDAKİ DEMİR VE MANGANEZ DAĞILIMI ERDOĞAN, Selahattin Yüksek Lisans Tezi, Kimyasal Oşinografi Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Semai Yemenicioğlu Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Aralık 2002, 128 sayfa Bu çalışmada kolorometre ve grafit atomik absopsiyon spektrofotomeresi çözünmüş ve partikul formdaki demir ve manganez derişimlerinin ölçümü için kulanılmıştır. Örneklemeler Temmuz-Eylül 2000 ve Haziran-2001 tarihlerinde RV/Bilim ve RV/Knorr gemileriyle gidilen Karadenizdeki istasyonlarda yapılmıştır. İndirgenmiş Mn ve Fe ölçümleri RV/Knorr araştırma gemisinde kesintisiz profil şeklinde otoanalizör yardımıyla ölçülmüştür. Ana amaç Karadenizde batı siklonik döngüsünde ve güney kıta sahanlığında oksijenli/sülfürlü tabakalar (saboksik tabaka) arasındaki manganez ve demir bileşiklerini saptamak ve bunu redox değişimi ile ilişkilendirmektir. Bulunan değerler, 1988 Knorr sefer sonuçlarıyla ( Murray, 1991, Murray ve Izdar, 1989 ) karşılaştırılarak, uzun süreli bir değişimin var olup olmadığı araştırılmıştır. Karadeniz batı siklonunda çözünmüş manganezin yoğunluk değerinin at = 15.85 olduğu noktada 0.1 uM değerini geçmekte ve Knorr- 88 değerleriyle (Murray et al. 1995) uyumluluk göstermektedir. Bu yoğunluk katmanında, DO değerinin 5 uM seviyesinin altında NO3 değerinin 1.5- 2.0 uM aralığında ve PO4 değerlerinin ise minimuma inmiş olduğu (0.05-0.1 uM) gözlenmiştir. Beklendiği gibi çözünmüş Fe(ll), 0.025 uMkonsantrasyon değerine ancak et = 15.90 dan sonra ulaşabildiği saptamıştır. Bu yoğunluk değeri (at = 15.90) hidrojen sülfürün henüz görülmediği ve P04 değerinin maximuma doğru artış gösterdiği aralıktır. Sonuç olarak, demir ve manganez profilleri arasında kesin bir fakın olduğu saptanmıştır. Bu açık deniz karekteristiği Karadeniz güney kıta sahanlığına da benzeşmekte fakat İstanbul boğazından gelen oksijenli sulara ek olarak, kıyı akıntıları ve antisiklonik döngüler sayesinde farklılaşmaktadır. Örneğin, çözünmüş Mn (>0.1 uM) değeri açık denize nazaran daha yoğun olan sularda yükselme göstermesine karşın oksijenli tabakalarda da ( 10- 30 uM) artıp azalmalar göstermektedir. Bu artıp azalmalar, çözünmüş Mn ve Nhfe değerleri arasında birebir olduğu gözlenmektedir. Bunun yanısıra DO, NO3, NH3 ve çözünmüş Mn iyonlarının birkaç micromolar seviyesinde birarada bulunması, çözünmüş manganezin ve amonyağın, hidrojen sülfüre nazaran daha düşük oksidasyon hızına sahip olduğunu göstermektedir. Anahtar kelimeler: Demir ve manganez formları ve dağılımları, suboxic tabaka, hidrokimyasal parametreler, Karadeniz. vı

ABSTRACT DISTRIBUTION OF DISSOLVED AND PARTICULATE FORMS OF IRON AND MANGANESE IN THE BLACK SEA. ERDO?AN, Selahattin M.Sc in Chemical Oceanography Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Semai Yemenicioğlu Middle East Technical University November 2002, 128pp The principal aim of this study is to examine the behavior of dissolved inorganic and particulate forms of manganese and iron compounds in the oxic/anoxic transition (suboxic) zone of the western cyclone and coastal margin of the Black Sea. The samples were collected from the stations visited during three cruises of RV/Bilim at July 2000, September 2000, July 2001 and RV/Knorr at July 2001 in the Black Sea. In addition, real time profiles of dissolved Mn and Fe(ll) were obtained using a continuous profiling system attached to a multi-channel auto-analyzer during the Knorr-2001 cruise. The present results and other related parameters have also been compared with the Knorr-88 data published previously (Murray, 1991, Murray and Izdar, 1989) in order to understand long-term stability of the vertical structures of these metals that are very sensitive to redox potential changes in the suboxic/anoxic interface zone of the Black Sea. In the western cyclone of the Black Sea, the onset of dissolved Mn (>0. 1 uM) profiles has been located at about (crp15.85 surface depth, very consistent with the Knorr-88 findings (Murray et al. 1995). At this boundary, the concentration of dissolved ox ygen (DO) drops below 5 uM but the nitrate ions (NO3`) still exist at 1.5 - 2.0 pM levels whilst the dissolved reactive phosphate profile displays acoherent minimum (as low as 0.05 - 0.1 uM). Not unexpectedly, the onset of dissolved Fe(ll) (> 0.025 uM) profile commences at greater density surfaces, at = 15.90 depths, where the hydrogen sulphide still does not appear and the phosphate profile displays a coherent maximum. Thus, there exists a consistent shift between the onsets of dissolved Mn and Fe profiles for the open sea. These characteristic features are modified in the southern coastal waters by such physical processes as Rim current, the formation of anticyclonic eddies and the intrusion of oxygenated Bosphorus inflow. For example, the dissolved Mn appears at greater density surfaces and show variable (increasing/decreasing) gradients in the anoxic interface due to dilution by the Bosphorus inflow. Similar variations appear in the dissolved ammonia profiles. Moreover, the DO, nitrate (NO3), ammonia (NH3) and dissolved Mn ions co-exist in this interface at a few micro molar levels, indicating slower oxidation rates of dissolved Mn (II) and ammonia (Nhfe) as compared to that of hydrogen sulphide by dissolved oxygen. Key words: iron and manganese forms and their distribution, suboxic zone, hydro chemical parameters, Black Sea. IV