Biogeochimica del Canale di Sicilia e del Golfo della Sirte (macro e micronutrienti)

Abstract

The Mediterranean Sea is an oligotrophic basin characterized by low nutrient levels and productivity. This research provides an unprecedented and high-quality nutrients dataset from the Strait of Sicily and Gulf of Sirt, gateway from Eastern and Western Mediterranean basin, and argue on the main mechanisms driving the unbalanced Redfieldian biogeochemistry of the studied area. In particular, in order to investigate the biogeochemistry of the Sicily Channel, a sampling plan from Sicilian to Libyan coasts and Gulf of Sirt was performed in July 2008. The θ-S diagrams highlight the presence of three main water masses: Modified Atlantic Water (MAW), Levantine Intermediate Water (LIW) and Eastern Mediterranean Deep Water (EMDW) with different chemical-physical features. MAW were identified by an intrusion of low-salinity water near the Sicilian and Libyan coasts, which are Atlantic Ionian Stream (AIS) and Atlantic Tunisian Current (ATC) jet, respectively. Analysis of nutrients reveal the oligotrophic character of the area with strong reduction of concentration in surface layers due to the assimilation of phytoplankton in the euphotic zone and evident increase below 200 m caused by organisms' re-mineralization. In the eastern Mediterranean, the nitrate to phosphate (N:P) ratio in the deep water is ~28:1, far in excess of the normal Redfield ratio (N:P=16:1) found in the oceans' deep water. Our dataset shows N:P ratios of ~10 ~30 and Si:N ~3.8 ~1.1 in surface waters and deep waters, respectively. Moreover, macronutrients from the Libyan coast shown no enrichment due to the potential effect of the Sahara desert as source of phosphorus for the Mediterranean system. Estimation of fluxes demonstrated that the eastern basin is a "nutrient source" for the western one. Effects of anthropogenic contamination from industrial activities present on the surrounding areas of the Strait of Sicily and the Gulf of Sirt waters were clearly detected by investigation of selecetd trace metals such as Pb and Cd, that evidence impact of Pb-rich fuel and of many steel mills from the northern Africa, especially in the area of the urban-industrial complex of Misurata. Distribution patterns of trace metals in the dissolved phase, some of which (Cd, Cu, Ni), show a clear Mediterranean specificity with clear lack of nutrient-like oceanic type behavior. The trace metals in the particulate show a strong contribution of impulsive inputs of Saharan dust, confirmed by the high levels of concentration and abundance of Ca, Al and Fe demonstrating a clear signal of crustal origin.

Il Mar Mediterraneo è un bacino oligotrofico caratterizzato da basse concentrazioni di nutrienti e produttività. La presente ricerca fornisce un dataset di alta qualità dei macronutrienti sia nello Stretto di Sicilia, area di collegamento tra il bacino occidentale e orientale del Mediterraneo che nel Golfo della Sirte, per identificare i meccanismi che guidano i rapporti redfildiani e i processi biogeochimici nell'area. Allo scopo di identificare le differenti masse d'acqua e relativi processi biogeochimici che interessano le acque del Canale di Sicilia e nel Golfo della Sirte è stata effettuata una campagna oceanografica nel luglio 2008. I diagrammi θ-S hanno evidenziato la presenza di tre principali masse d'acqua: l'Acqua Atlantica Modificata (MAW), le Acque intermedie Levantine (LIW) e le Acque Profonde (EMDW), con differenti caratteristiche chimico-fisiche. Sono state identificate le acque superficiali atlantiche attraverso l'intrusione del minimo di salinità che caratterizza il "jet" della corrente atlantico-tunisina (ATC) in prossimità delle coste libiche e della corrente ionico-atlantica (AIS) in prossimità della costa siciliana. Le analisi dei nutrienti hanno rivelato il carattere oligotrofico dell'area e pattern di distribuzioni tipici dei nutrienti in acqua di mare; forte riduzione di concentrazione nella zona eufotica, legata all'assimilazione del comparto fitoplantonico e aumento di concentrazione, al di sotto dei 200 m di profondità, dovuto a processi di rimineralizzazione post-mortem degli organismi. Nel Mediterraneo orientale il rapporto nitrati:fosfati (N:P) nelle acque profonde è circa 28, tale valore è superiore al classico rapporto di Redfield (N:P=16) trovato nelle acque profonde oceaniche. Nello specjfico, i nostri dati mostrano un rapporto N:P ~10 ~30 e un rapporto silicati:nitrati (Si:N) di ~3.8 e ~1.1 rispettivamente per le acque superficiali e profonde. Il dataset di nutrienti acquisito evidenza bassi valori di concentrazione di fosfati nonostante l'estrema vicinanza delle due aree esaminate con il deserto del Sahara che è riconosciuto essere il maggiore provider di fosforo del Mediterraneo. La stima dei flussi di nutrienti effettuata nello stretto di Sicilia indica il bacino orientale quale fornitore di nutrienti al bacino occidentale. Effetti di contaminazione antropica sono stati rilevati nelle acque del Canale di Sicilia e del Golfo della Sirte da parte del sistema industriale che insiste nell'area. Nello specifico, i pattern di distribuzioni e relative concentrazioni di alcuni metalli in tracce, come Pb e Cd, evidenziano la presenza di un marcato impatto antropico probabilmente legato all'utilizzo di carburanti arricchiti in Pb nell'area libica e alla presenza di grandi acciaierie nell'area africana settentrionale, soprattutto nella zona del complesso urbano-industriale di Misurata. L'analisi dei pattern di distribuzione di metalli in tracce in fase disciolta, alcuni dei quali Cd, Cu e Ni, evidenziano una chiara specificità mediterranea con evidente assenza di comportamento tipo nutrient-like oceanico. I trend dei metalli, presenti nel particolato, evidenziano un forte contributo di input di dust sahariano, soprattutto confermato da elevati valori di concentrazione e abbondanza di Ca, Al e Fe che testimoniano un chiaro segnale di origine crostale.