Examination of nutrient profiles in the Black Sea

Abstract

Karadeniz, Türkiye'nin kuzeyinde yer alan bir iç denizdir. Marmara denizine İstanbul boğazı ve Azak denizine de Kerç boğazı ile bağlıdır. Okyanuslarla bağlantısı en az olan bir deniz olarak kendine özgü özelliklere sahiptir. Karadenizin su kolonunda, yüzey sularıyla derin suların arasındaki tuzluluk oram farkından kaynaklanan bir tuzluluk katmanlaşması (haloklin) vardır. Yüzey sularının altında, karışmayı önleyen ve derin suların oksijensiz kalmasına neden olan, sürekli bir haloklin bulunmaktadır. Bir zamanlar bir tatlı su gölü olan Karadeniz, 7000 senedir dünyanın en büyük oksijensiz (anoksik) su kütlesi olma özelliğin sürdürmektedir. Karadenizin bir diğer karakteristik özelliği ise, 1988 yılındaki Knorr gezisi sırasında varlığı keşfedilen oksijensiz-sülfürsüz bir ara geçiş (suboksik) tabakasıdır. Bu tabaka, oksijence zengin yüzey sularıyla oksijensiz-sülfürlü dip sulan arasında bulunmakta olup, Akdeniz'in tuzlu ve oksijence zengin sularının derin sularla karışmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Suboksik tabakanın yapısı, iklim kaynaklı değişiklikler ile üst katmanlardan gelen organik madde miktarı arasındaki denge tarafından kontrol edilmektedir. 1960 ve 1970 lerde, üst tabakadan gelen organik madde miktarındaki artıştan dolayı, suboksik tabakanın üst sınırı daha sığ katmanlara doğru yükselmiştir. Karadeniz, 1970 ve 1980 lerde yüklü miktarlardaki besin tuzlarının (nutrient) denizin kuzeybatı bölgesine girişine bağlı olarak, ötrifikasyon problemiyle karşı karşıyadır. Ötrifikasyon sonucu, üst katmanlardaki besin tuzu miktarı azalırken, alt katmanlardaki; suboksik ve anoksik tabakalardaki miktarlar artmıştır. Ötrifikasyon 1980 1er ve 90 laraı ilk yansı boyunca ekosistemi ciddi bir şekilde tehdit etmiş ve balıkçılığın çökmesine neden olmuştur. 1995' ten sonrası ise ötrifikasyon sonrası dönem olarak tamamlanmaktadır ve ötrifikasyon kaynaklı etkilerde azalma gözlenmektedir. Hem iklimsel değişiklikler hem de kıyı ülkelerinin ekosistemi korumaya yönelik önlemleri ötrifikasyonda yeni bir azalmaya yol açmıştır. Bu çalışmanın amacı besin tuzla rının Karadeniz'deki dağılımlarım incelemektir. Bu amaçla 15 Nisan ve 20 Mayıs 2003 tarihleri arasındaki Knorr gezisi boyunca, nitrat, nitrit ve amonyum verileri toplanmıştır. Örnekler CTD ve pump profiling sistemleri ile alınmış olup Auto Analyzer ile analiz edilmiştir. Fosfat ve silikat analizleri Çevre Bilimleri Enstitüsü laboratuvarlannda yapılmıştır. Besin tuzlarının su yoğunluğuna karşı profilleri çizilip, değişik senelerin benzer profilleri ile karşılaştırılmıştır. Aynı zamanda 2003 Knorr gezisi sırasında elde edilen sıcaklık ve oksijen değerleri de çalışmada kullanılmıştır. Suboksik tabakanın üst sınırına denk gelen yoğunluk yüzeyindeki (ct = 15.4 kg/m3) maksimum nitrat derişiminin azalması, aynı yüzeydeki oksijen derişimindeki artışla beraber, ötrifikasyondaki bir azalma olarak yorumlanabilir.

Black Sea is an inland sea located at the north of Turkey. It is connected to the Marmara Sea through the Bosporus Strait and to the Azov Sea through the Kerch Strait. It is the most isolated sea from the world oceans and has developed unique properties. The water column of the Black Sea is strongly stratified due to the salinity differences between the surface and deep waters. A permanent halocline is present below the surface waters, which inhibits mixing and thus has led to anoxic conditions in deep water of the basin. Once a fresh water lake, the Black Sea has been the largest anoxic basin of the world ocean over the last ~7000 years. Another unique feature of the Black Sea is its suboxic zone (SOZ), which was discovered during 1988 R/V Knorr cruise. This zone lies between the oxic and anoxic waters and it is thought to originate from the intrusion of the more saline and oxygenated waters of the Mediterrenean to the deeper parts of the basin. The structure of the suboxic zone is controlled by the balance between the climate induced changes and the amount of organic matter sinking down from the upper layers. The upper boundary of the SOZ has moved to shallower layers since the 1960s and 1970s, which is though to result from the increase in the amount of sinking organic matter due to eutrophication phenomenon. The Black is suffering from eutrophication due to the introduction of large volumes of nutrients into the northwestern part of the basin during the 1970s and 1980s. As a result of eutrophication, there has been a decrease in the nutrient concentrations in the upper layers and an increase in the concentrations in the suboxic and anoxic waters. Eutrophication has severly affected the ecosystem during the 1980s and the first half of the 1990s resulting in the collapse of fisheries. However, 1995 onwards is considered to be the post eutrophication phase with diminishing effects of eutrophication. Both climatic changes and preventive measures taken by the riparian countries might have resulted in a decrease in eutrophication. The purpose of this study is to examine the vertical profiles of nutrients in the Black Sea. For this purpose, nitrate, nitrite and ammonium data were obtained during the R/V Knorr Black Sea Cruise 2003 first and second leg, which was conducted between April 15 and May 10. The samples were collected by CTD casts (Conductivity, Temperature and Density) and the pump profiling system, and analyzed with a two channel AutoAnalyzer. The phosphate and silicate was determined at the laboratories of the Institute of Environmental Sciences at Boğaziçi University. Nutrient profiles were plotted against density and compared to the profiles from different years in order to evaluate the changes. Temperature and oxygen data collected during the 2003 Knorr cruise were also utilized. The decrease in maximum nitrate concentrations and the increase in oxygen concentrations just above the upper boundary of the SOZ (sigma-theta = 15.4 kg/m3) indicated a recent decrease in organic matter decomposition which may be interpreted as a recent reduction in eutrophication.