Comparison of fluff layer composition with the underlying sediments in the Black Sea

Abstract

ÖZET Karadeniz, Türkiye'nin kuzeyinde yer alan bir iç denizdir. Dünyadaki tüm iç denizlerin arasında, okyanuslarla bağlantısı en az olanıdır. Karadeniz, taşıdığı kendine has özellikler yönünden dikkat çekicidir. Bu özelliklerin bir tanesi de, sediment ve suyun kesişim noktasında, tüysü görünümü ve çok düşük yoğunluğuyla bir `fluff` tabakasının yer almasıdır. Bu çalışmanın amacı, Karadeniz'deki `fluff` tabakası ve hemen altında yer alan 1. Ünite sedimentlerinin kompozisyonlarım organik karbon (OK), inorganik karbon (ÎK) ve toplam azot (TA) bakımından karşılaştırmaktır. Bunun için, Karadeniz'e ait 1. Ünite sedimentleri, `2003 R/V Knorr Black Sea Cruise` araştırma gezisinin, 25 Nisan-10 Mayıs tarihleri arasında gerçekleşen 2. ayağı sırasında örneklenmiştir. Toplam organik karbon ve toplam azotun tayininde CHN Elemental Analiz Cihazı kullanılmış, inorganik karbon ise asitle muamele yoluyla tayin edilmiştir. Deneysel bulguların yardımıyla üç ayrı karşılaştırma yapılmıştır, öncelikle, her istasyonda `fluff' tabakası ve altındaki sedimentlerin kompozisyonu karşılaştırılmıştır. İkinci olarak, bir `kıyı-derin deniz` karşılaştırması yapılmış; söz konusu parametrelerin kıyıdan derinlere doğru değişimi incelenmiştir. Üçüncü olarak, Karadeniz'in organik jeokimyasının zaman içindeki değişimini görmek amacıyla, bu çalışmanın sonuçları önceki çalışmalarla kıyaslanmıştır. Son olarak, Karadeniz'in genelindeki C/N oranlan incelenmiştir. Gözlemler ve deneysel bulgular, Karadeniz'in yüzey sedimentlerinin üzerinde yer alan `fluff` tabakasının, özellikle derin bölgelerde gelişmiş olduğunu göstermiştir. `Fluff' tabakasının önemli bir kısmının organik maddelerden meydana geldiği görülmüş ve OK, ÎK ve TA değerlerinin derinlikle arttığı belirlenmiştir. `Fluff` tabakasını takip eden 1. Ünite sedimentlerinin ise, organik içerik bakımından zengin olmakla beraber, `fluff` tabakasına kıyaslandığında kompozisyon değerlerinin düşük olduğu tespit edilmiştir. Karadeniz'in bazı bölgelerinde, derinlerdeki yüzey sedimentlerinin, hem görünüş hem de düşük organik kompozisyonlar sebebiyle 1. Ünite sedimentlerinden kolayca ayrılan, gri kil ve kum tabakaları da içerdiği görülmüştür. Diğer taraftan, Karadeniz'e ait kıyısedimentlerinin ise, deniz kabuklanılın yoğunlukla bulunması sebebiyle organik içerik bakımından oldukça zayıf oldukları belirlenmiştir. Son olarak, sedimentlerin C/N oranlarının Karadeniz'in bütün bölgeleri boyunca benzerlik gösterdikleri tespit edilmiştir.

ABSTRACT The Black Sea is an inland marine basin located North of Turkey. Among all the inland seas of the world, it is the most isolated one from the oceans; and it is a kind of peculiar one, due to its unique properties. One of these properties is the presence of the `fluff layer; which is fluff-like material with a very low density, just at the sediment/water interface, overlying the Unit 1 sediments. This study's aim is to compare the fluff layer's composition with the underlying Unit 1 sediments in the Black Sea in terms of its organic carbon (OC), inorganic carbon (IC) and total nitrogen (TN) contents. For this purpose, the Black Sea Unit 1 sediments were collected during the 2003 R/V Knorr Black Sea Cruise, Leg 2; which was conducted between April 25-May 10. OC and TN contents of the fluff and the underlying sediments were determined by using a CHN Elemental Analyzer, and IC content was determined by acid treatment method. Three different comparisons were made by the help of the experimental results: First, the fluff layer's composition was compared to the underlying sediments through the sampling column at each station. Secondly, a `coast-offshore` comparison was made, in order to understand how the values of these parameters change from the coastal zones to the center of the basin. Then, the results of these examinations were compared to the previous researches, in order to see how the Black Sea's organic geochemistry has changed by time. Finally, the overall C/N ratios at each location were discussed. The visual observations and the experimental results obtained throughout the study proved that fluff layer overlying the surface sediments was quite well-developed in the abyssal parts of the Black Sea. A significant portion of the materials that made up the fluff were found to be organic-rich, and the OC, IC and TN values tended to increase with increasing depth. Unit 1 sediments following the fluff were observed to be rich in organic content too, although still might be considered as poor, when compared to fluff. The uppermost sediments of the deep regions of the Black Sea were also characterized by gray clay layers and sandy deposits. These layers were easily distinguished from the Unit 1VI sediments, both by the different appearances and sudden concentration decreases at these points especially in the organic content. Oxic water coastal sediments öf the Black Sea, on the other hand, were seen to be quite poor in organic matter due to the complete dominance of shell fragments. Finally, it was observed that the C/N ratios in the Black Sea sediments were strongly correlated with each other, all through the basin.