SAHARA DUST: CAN IT BE RESPONSIBLE OF GYMNODINIUM SANGUINEUM BLOOM IN SOUTH EASTERN BLACK SEA COAST AT JUNE 2001

Transkript

1 SAHRA TOZLARI: GÜNEYDO U KARADEN Z DE TEMMUZ 2001 YILINDAK GYMNOD N UM SANGU NEUM BLOOMUNDAN SORUMLU OLAB L RM? A.MUZAFFER FEYZ O LU 1 HAMD Ö ÜT 1 1 KTÜ Deniz Bilimleri Fakültesi 61530, Camburnu, Trabzon, TURKIYE ÖZET Güney Do u Karadeniz Bölgesi nde 2001 yılında gerçekle tirilen phytoplankton izleme programı sırasında 20 Haziran - 4 Temmuz tarihleri arasında Gymnodinium sanguineum türüne ait red-tide olayı gözlenmi tir. Red-tide sırasında hücre sayıları ortalama 2.74x10 6 cell l -1 olarak belirlenmi tir. Toplam demir konsantrasyonu ise mg l -1 olarak ölçülmü tür. Bloom öncesi meteorolojik ko ullar NOAA ARL web sitesinden temin edilmi ve bloom Ko ulları irdelenerek sahra kaynaklı toz içeren hava kütleleriyle ili kisi ortaya konulmaya çalı ılmı tır. Sonuç olarak bölgede gözlemlenen red-tide olayına sahra kaynaklı tozların sebep olabilece i gözlenmi tir. Anahtar kelimeler: Sahra tozları, Karadeniz, Dinoflagellat, Red-tide SAHARA DUST: CAN IT BE RESPONSIBLE OF GYMNODINIUM SANGUINEUM BLOOM IN SOUTH EASTERN BLACK SEA COAST AT JUNE 2001 ABSTRACT A Gymnodinium sanguineum bloom was observed during the phytoplankton monitoring program between June 20 th and July 4 th of At the peak time of the bloom, the cell numbers were determined to be 2.24x10 6 cell l -1. At the same time, total Fe concentration in the surrounding water was mg l -1. Meteorological conditions pulled from data from NOAA ARL were examined to estimate any potential relationship between air masses loaded with the Fe and timing of the red-tide occurrence in the North eastern Black Sea coast of Turkey. Coincidence of the movement of air masses loaded with Sahara dust, heavy rains and occurrence of G. sanguineum bloom suggested a potential link between Sahara dust and occurrence of the bloom. Keywords: Sahara dust, Black Sea, Dinoflagellat, Red-tide G R Rüzgarlar, 50 µm den daha küçük boyuttaki katı partikülleri yeryüzünden havalanmasına ve atmosfer içerisinde çok uzak mesafelere ta ınmasına neden olabilirler. Bunun ötesinde çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük ve atmosferdeki miktarları milyonlarca ton olabilen partiküller her yıl bu yolla, kaynaklarından uzaklara ta ınmaktadır (Ridgewell, 2002). Atmosferik aerosollerin hava kütleleri ile uzun mesafeli ta ınımları son 15 yıl içerisinde önem kazanmı tır. Eser elementlerin büyük bir bölümü kaynaklarından (do al yada antropojenik) partiküller üzerinde atmosfere katılırlar ve uzak bölgelere ta ınımları sırasında partiküller üzerinde kalırlar. (Güllü ve ark., 1998). Havadaki parçacıkların en öneli kaynakları rüzgar ile havalanan toprak parçacıkları, deniz tuzu, fosil yakıtların yanması, di er endüstriyel faaliyetler sonucu olu an parçacıklar ile volkanik aktivitelerdir (Cawse, 1980 ve Nrigau, 1989). Karadeniz atmosferinde ta ınan bu partiküllerin önemli bir kısmının Fe, Al, Ca ve Sc gibi toprak elementlerinden geldi i tespit edilmi tir (Güllü ve ark, 1998). Okyanuslara atmosfer yolu ile ta ınan Fe nehirler yolu ile ta ınan miktarın yakla ık olara 3 katı kadardır (Eker-Develi ve ark., 2003). Demir akuatik ortamdaki fitoplankton için son derece gerekli elementlerden biridir ve yetersiz demir fitoplankton büyümesinin sınırlanmasından sorumludur (Martine ve Fitzwater, 1988). Atmosferik tozlar içerisinde bulunan ve okyanuslara ta ınan Fe, fitoplankton artı ına neden olur ve dolayısı ile karbon dioksit alımını da etkiler. Bu da küresel karbon bütçesini etkiler (Duce ve Tindale, 1991). Sahra çölünden meteorolojik ko ullar nedeniyle belirli dönemlerde atmosfere kalkan tozlar uzun bir ta ınıma girer. Bu tozların içerisinde +3 de erlikli demir iyonlarının bulundu u ve 1994, 1997, 1998 tarihlerinde Karadeniz e ula tı ı Saydam ve di er ara tırmacılar tarafından belirtilmektedir (Saydam,1996; Akbaba, 1997; Akbaba 1998). Demirin canlı organizmalarda kullanım ekli +2 de erlikli oldu u zamandır (O Sullivan ve ark, 1991). Sahra tozlarında ta ınan +3 de erlikli demirin biyoljik kullanıma uygun demir (Fe +2 ) haline dönü ebilmesi fotokimyasal indirgenme olayı ile mümkün olmaktadır. Uydu gözlemleri dikkate alınarak yapılan çalı malarda fotokimyasal olarak biçimlenmi Fe +2 denizlerdeki verimlili i etkiler. Son yıllarda yapılan çalı malarda özellikle cosmopolit bir coccolithophor olan Emiliania huxleyi türünün bloomlarına sebep oldu u gösterilmi tir (Saydam,1996; Saydam ve Senyuva, 2002; Polat ve Saydam, 2000). Sahra kaynaklı ta ınan tozların Emiliania huxleyi türünün bloomu dı ında farklı türler üzerinde de etkili olabilece i ve red-tide a sebep olabilece i ara tırılmaktadır (Kirkpatrick ve ark, 2002). Bununla beraber Eker-Develi atmosfer içerisinde ta ınarak okyanuslara ve denizlere ula an atmosferik toz içeriklerin, yaz ve sonbahar aylarında nehirlerin akı 267

2 hızlarının dü tü ü, buna ba lı olarak nehir girdileri ile fosfat miktarların dü tü ü dönemlerde kıyısal ekosistemde bütün fitoplanktonik grupları etkiledi ini belirtmektedir (Eker-Develi ve ark., 2003). Haziran 2001 tarihinde yapılan haftalık deniz çalı maları sırasında Gymnodinium sanguineum bloomuna rastlanmı tır. Bloomun olu tu u tarih ile Sahra kaynaklı tozların Güney Do u Karadeniz e ula masının örtü tü ü görülmektedir. Gymnodinium sanguineum bloomunu Sahra kaynaklı tozların tetikleyebilece i hipotezi do rultusunda NOAA dan sa lanan uydu görüntüleri ve meteoroloji verilerinden faydalanılarak bu bloomun sebebi analiz edilmeye çalı ılmı tır. MATERYAL VE YÖNTEM Güneydo u Karadeniz Bölgesi nde yürütülmekte olan izleme çalı maları sırasında red-tide olayı gözlenmeye ba landı ı 20 Haziran 2001, en üst seviyeye ula tı ı 29 Haziran 2001 ve red-tide nin gözden kayboldu u 4 temmuz 2001 tarihinlerinde toplam 12 istasyonun yüzey sularından örnek alınmı tır. Su örneklerinin alındı ı istasyonların koordinatları ve pozisyonları ekil 1 ve tablo 1 de verilmi tir. Fitoplankton örnekleri tür te hisleri için 20 µm göz açıklı ındaki Hensen tipi plankton kepçesi ile toplanırken örneklerin sayımı ve ortam parametrelerimin analizi için 9 L kapasiteli Kahalsico teflon cidarlı Van-dorn tipi örnekleme i eleri kullanılmı tır. Plankton kepçeleri ile toplanan örnekler laboratuar analizine kadar canlı olarak muhafaza edilmi tir. Sayım için kullanılacak olan örnekler ise son konsantrasyonu %3,5 olacak ekilde boraks tamponlu formaldehit çözeltisi içerisinde anında tespit edilmi lerdir (Throndsen, 1978). Te hisler için hazırlanan preparatlar Nikon E 600 Flouresan mikroskobu ve Olympos BH-2 ı ık mikroskobunda 10x, 100x ve 400x büyütmelerde incelenmi tir. Hücre sayımları ise Karl-caps inverted mikroskop kullanılarak gerçekle tirilmi tir (Throndsen, 1995). Tablo 1. Örnekleme istasyonlarının co rafik koordinatları Örnekleme Co rafik koordinat istasyonu C1 40º 11' 57'' E - 40º 00' 45'' N C2 40º 11' 57'' E - 40º 58' 02'' N C3 40º 11' 57'' E - 41º 00' 45'' N AR1 40º 03' 35'' E - 40º 56' 08'' N AR2 40º 03' 35'' E - 40º 59' 29'' N Y1 39º 52' 35'' E - 40º 57' 40'' N T1 39º 45' 50'' E - 41º 00' 45'' N T2 39º 45'50 '' E - 41º 02' 50'' N T3 39º 45' 50'' E - 41º 05' 37'' N F1 39º 42' 00'' E - 41º 01' 00'' N AK1 39º 34' 00'' E - 41º 02' 28'' N AK2 39º 34' 00'' E - 41º 04' 42'' N Bloomum gözlenmeye ba ladı ı tarihlere ait meteorolojik veriler ve uydu görüntüleri NOAA ARL web sitesinden ekil 1. Çalı ma sahası temin edilmi tir. Nitrit, nitrat, fosfat ve toplam demir ölçümleri standart spektoskobik yöntem kullanılarak yapılmı tır (Parson et al, 1984). ekil 1 Bloom un gözlendi i örnekleme sahası ekil haziran 2001 tarihli sahra kaynaklı toz hareketi SONUÇLAR Güney Do u Karadeniz Bölgesi nde yapılan fitoplankton izleme çalı maları sırasında, 20 Haziran 2001 tarihli örneklemelerde deniz yüzeyinde renk de i imleri gözlenmi tir. Alınan örneklerin mikroskopta inlenmesi sonucunda Gymnodinium sanguineum türünün deniz yüzeyinde kısmi red-tide ba langıcına sebep oldu u anla ılmı tır. Bu gözlem üzerine aylık olarak gerçekle tirilen örneklemelere ek olarak yapılan haftalı örneklemeler sonucunda redtide olayının en üst düzeyde tespit edildi i 29 Haziran 2001 tarihinden itibaren 4 gün sürdü ü ve 4 Temmuz 2001 tarihinde 268

3 ekil haziran 2001 tarihli sahra kaynaklı toz hareketi sonlandı ı tespit edilmi tir. lk bloom izlerinin gözlenmesinden 10 gün kadar önce, 10 haziran 2001 tarihinde alınan NOAA-AVHRR uydu görüntülerine bakıldı ında sahra üzerinden kalkan tozların Akdeniz üzerinden talya nın kuzeyine do ru yönlendi i görülmektedir ( ekil 2). Toz hareketinin gözlendi i tarihlerdeki Avrupa üzerinden hava kütlelerinin 1500 ve 3000 metre yükseklikte Karadeniz üzerine do ru yöneldi i gözlenmi tir. Bu toz kütlesinin 16 haziran 2001 tarihinden itibaren antisiklonik bir hareketle Trabzon üzerinde bulundu u NOAA FLN meteorolojik datalarında görülmektedir ( ekil 3). Avrupa üzerinden gelen hava kütleleri Gymnodinium sanguineum bloomunun gözlendi i bölgeye ula tı ı dönemde ve bloomun en yo un olarak tespit edildi i 29 Haziran tarihlerinde gözlenen ya ı ve hava kütlerlinin sıcaklı ına ait NOAA meteorolojik verileri ekil 4 A ve B de sunulmu tur. ekil haziran tarihlerinde Avrupa üzerinde gözlenen hava hareketleri 269

4 ekil 4. Bloom süresince bölgeye ait ya ı, rüzgar ve hava kütlesinin ortalama sıcaklı ı (A: Haziran 2001, B: Haziran 2001) Tablo 2. Ortam parametreleri N-NO 2 N-NO 3 P-PO 4 Total Fe Salinity Klo-a Örnekleme tarihi (mg L -1 ) (mg L -1 ) (mg L -1 ) (mg L -1 ) ( ) ( g L -1 ) June 29, Gymnodinium sanguineum bloomunun gözlemeye ba landı ı 20 Haziran 2001 ile son buldu u 4 temmuz 2001 tarihleri Trabzon sahilinde sahra tozu içeren ya ı lar bakıldı ında, en yüksek ya ı ın haziran tarihinde oldu u görülmektedir. Çalı ma sahası bu dönemde16 mm ya ı almı tır. Bu ya ı lardan sonra kinci olarak bölgenin tekrar 29 haziran 2001 tarihinde 0.08 mm ya ı aldı ı belirlenmi tir (NOAA air resource laboratuary, 2002). Bloomun en yo un gözlendi i 29 Haziran 2001 tarihinde alınan deniz yüzey suyu örneklerinde ortalama nitrit. nitrat, fosfat ve toplam demirin deniz suyundaki ortalama konsantrasyonları tablo 2 de verilmi tir. Nutrient konsantrasyonlarının normal de erlerin 3-4 katı kadar yüksek oldu u gözlenmektedir. Bunun yanında toplam demir konsantrasyonunun da normale göre çok yüksek oldu u ve daha önce bölgede Boran tarafından yapılan çalı maya bakıldı ında toplam demir de erin bölgede rastlanan en yüksek demir konsantrasyonu oldu u görülmektedir (Boran, 1995). Aynı bölgeden alınan phytoplankton örneklerinde baskın tür Gymnodinium sanguineum dur. Türe ait ortalama hücre konsantrasyonu bloom ba langıcı olan 20 Haziran 2001 tarihinde ortama 4.5 x 10 5 hücre l -1 iken 29 Haziran 2.74x 10 6 hücre l -1 olarak tespit edilmi tir. 4 Temmuz 2001 tarihli örneklerde ise türe hemen hemen hiç rastlanmamı tır. TARTI MA Çalı ma sırasında atmosferik örnekleme yapılarak hava kütlesi içeri i tespit edilmemesine kar ılık, Sahra dan Avrupa üzerine yönlenen ve sahra tozu içeren hava kütlesinin Avrupa üzerinden ta ınarak Trabzon sahillerine ula tı ı uydu görüntüleri ve hava kütlelerinin hareketini gösteren NOAA meteoroloji verilerinde görülmektedir. Bu hava kütlesinin getirdi i içerik ya ı larla birlikte en son 17 Haziran 2001 tarihinde Güney Do u Karadeniz de deniz yüzeyine inmi tir. Ya ı ların gündüz saatlerinde olması gün ı ı ında gerçekle en fotoredüksiyon sayesinde +3 formunda olan demirin biyolojik kullanıma uygun demire indirgenece i (Fe +2 ) ve bu formda deniz ortamına girdi i taktirde fitoplankton tarafından deniz yüzeyinde kullanılabilece i bilinmektedir (Sayda ve Senyuva, 2002). Bölgede gözlenen ya ı ların gündüz saatlerinde görülmesi Gymnodinium sanguineum bloomunu tetiklemi olabilir. Gymnodinium sanguineum türünün generasyon zamanına ait bir bilgiye rastlanmazken plankton populasyonlarında bu zamanın nutrientce zengin sularda ortama bölünme/gün oldu u bildirilmektedir.(parson et al, 1990). Gymnodinium sanguineum türündeki artı ta 20 Haziran 2001 de gözlenmeye ba lanmı tır. NOAA atmosferik verilerinden elde edilen 16 Haziran 2001 tarihli Sahra tozu içeren ya ı lar türün bloomunu tetiklemi ve ya ı lardan sonraki ikinci gün red-tide gözlenmeye ba lanmı tır. Bu veri fitoplanktonun generasyon zamanıyla da uyum içerisindedir. Red-tide ba laması ile 29 Haziran 2001 tarihine kadar örnek alınmamı tır. Bununla beraber hücre sayısı 10 gün sonra ilk örneklemeye oranla çok yüksek olarak gözlenmi tir. Bu süre içerisinde örnek alınmadı ı bir dönemde bloom en üst düzeyi kaçırılmı olabilir. Gymnodinium sanguineum türü bölgede yapılan fitoplankton çalı malarına bakıldı ında daha önce bloom olu turacak seviyelerde hiç rastlanmamı tır. Bununla beraber bölgede gözlenen di er türlere ait red-tide olayları genelde lokal özellik göstermektedir (Feyzioglu 1996, Feyzioglu ve Boran 1997). Gymnodinium sanguineum bloomu bütün çalı ma sahasında ve hatta off-shore istasyonlarında da gözlenmi tir. Buda kıyısal derelere ait nehir girdisi dı ında bir etkininde olabilece ini göstermektedir. Atmosferik girdinin özellikle off-shore bölgelerde plankton bloomlarına sebep olabilece i bilinmektedir (Eker-Develi ve Kıdeys, 2003). Off-shore istasyonlarda da bloomun gözlenmesi ya ı larla birlikte deniz yüzey sularına giri yapan atmosferik ta ınımlar olabilece i tezini desteklemektedir. TE EKKÜR Konunun irdelenmesi sırasında NOAA uydu görüntülerinin ve meteorolojik verinerin teminindeki yardımlarından dolayı Prof. Dr. Cemal Saydama te ekkür ederiz. KAYNAKLAR Akbaba, G., 1997, Sahra tozundan alg patlamalarına, TUB TAK Bilim ve Teknik, No 355, Akbaba, G., 1998, Sahradan ülkemize gelen tozlar, TUB TAK Bilim ve Teknik, No 367, Boran, M., 1995, Trabzon sahil eridinde çe itli kirleticilerin zamansal ve alansal da ılımı, KTU, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Trabzon, 125 s. Cawse, P. A. 1980, In organic pollution and Agriculture, Ministry of Agriculturei, Fisheris and food, Reference book 326, HMSO, London. Duce R. A., and Tindale N. W. 1991, Atmospheric transport of iron and its deposition in the ocean. Limnol. Oceanogr. 36: Eker-Develi, E., Kideys, A. E., Tu rul, A., Yılmaz ve Edigen D., Phytoplankton dynamics in the dynamics in the northeastern Mediterranean with respect to dust deposition. Proceedings of Second International Conference on 270

5 Oceanography of the eastern Mediterranean and Black Sea: Similarities and differences of two interconnected basins, October 2002, Ankara, Turkey, Yilmaz, A. (Eds), Feyzio lu, A. M. 1996, Do u Karadeniz Kıyısal Ekosisteminde Fitoplankton Dinami indeki Mevsimsel De i imler, K.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Mart 1996, 120 s. Feyzio lu, A. M. ve Boran, M., 1997, Çamburnu bölgesinde Pyronimonas orientalis Butcher 1959 (Chlorophyta : Chlorodendrales) bloomu üzerine Bir Çalı ma, Tr. J. Of Biology, 21: Güllü, G., Uluta, F., Belli, D., Erduran, S., Keskin, S. And Tuncel, G., The Black Sea aerosol a long range atmospheric transport, Tr. J. Of Engineering and Environmental Science, 22, Kirkpatrick B, Fleming L E, Squicciarini, D, Backer, L C, Clark, R, Abraham, W, Benson, J, Cheng, Y S, Johnson, D, Pierce, R, Zaias, J, Bossart, G, D, Baden, D G, 2002, site link to Dinoflagellata, Neat explanation about red tide, protista/dinoflagellata.html Martin, J. H. and Fitzwater, S, E., 1988, Iron deficiency limits phytoplankton growth in north-east Pacific subarctic, Nature, Vol 331, Nirigau, J. O., 1989, A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals, Nature, 338, NOAA air resource laboratuary, 2002, O sullival, D. W., Hanson A.K., Miller, W. L. and Kester, D. R. 1991, Measurement of Fe(II) in surface water of the equatorial Pacific, Limnol. Oceanogr., 36: Parson, T, Makahashi, M and Hargrave, B, 1990, Biological oceanographic processea, Pergamon Pres, 3rd ed., 330 s. Parson,T.R., Y.Maita and C.M. Lalli., A Manual of chemical and biological methods for seawater analysis. Perganon press, (1984) 171 s. Polat,. and Saydam, A.C. 2000, Possible impact of desert dust on climate, International Forum for Graduates and Young Researchers at EXPO 2000 HANNOVER, 5 s. Ridgwell, A. J., 2002, Dust in the earth system: The biochemical ling of land, air and the sea, 37 s. Saydam, A. C. And Senyuva, Z., 2002, Deserts: Can they be the potential suppliers of bioaviable iron? Geophysical Research Letters, Vol. 29, No 11, 19,1-19,3. Saydam, A. C., 1996, Can we predict harmful algae bloom, Harmful Algae News, IOC News Letter, No: 15, pp 5-6. Throndsen, J., Preservation and Storage. In: Sournia, A. (Ed.), Phytoplankton Manual, Monographs on oceanographic methodology, UNESCO Press, U.K Throndsen, J., Estimating cell numbers. In: Hallegraeff, G.M., Amderson, D.M., Cembella, A.D., Enevoldsen, H.O. (Eds.). Manual on harmful marine microalgae. IOC manual and guides No 33. UNESCO Publ, France, pp