METAL GEOCHEMISTRY IN SEDIMENTS OF A SEMI-ENCLOSED BAY IN THE 

ISLAND OF LESVOS, GREECE

Apostolos M. Gavriil and Michael O. Angelidis*

Department of Environmental Studies, University of the Aegean, Greece

University Hill, 81100 Mytilene, Lesvos, Greece - magel@aegean.gr

Abstract

The concentrations of Al, Li, Fe, Mn and Ni were determined in sediment cores from the semi-enclosed Kalloni Bay, in the island of

Lesvos, Greece. The mineralogical variations in the different drainage basins and especially the ultramafic minerals in the drainage basin

of the stream Vouvaris, appear to be the main reason for the Mn, Fe and Ni enrichments in the sediments of the eastern part of the Bay.

Diagenetic processes also in?uenced the concentrations of Mn in the sediments of the central part of the Bay. 

Keywords: metals, marine sediments, geochemistry, Kalloni Bay.

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

201

Introduction 

Coastal marine sediments are the major depositories for persistent

substances such as heavy metals and their mineralogy is greatly

affected by of the geological background of the neighboring

landmasses. A detailed knowledge of the parameters that may affect

the natural metal variability is necessary in order to evaluate the

possible anthropogenic impact from pollution sources. In the present

study natural ?uctuations in metal concentrations were studied in

sediment cores from a semi-enclosed shallow marine system, Kalloni

Bay, in the island of Lesvos, Greece (Fig.1). 

Fig. 1. Sampling stations

Materials and methods 

Sediment cores were collected at four stations in the Bay during

March 2000. Three cores (stations B, M and T) were collected near

the mouths of the major streams of the area and a core was collected

from the inner part of the Bay (station R). The cores were sliced and

analyses were performed in the <1mm fraction using AAS [1].

Results and discussion

The concentrations of Al and Li in core B (3.80 

±

0.22% and

10.7

±

2.4 

µ

g/g respectively) were aproximately half in comparison to

the corresponding values in the other cores. Higher values were found

in the finer aluminosilicate material, which escapes from the coastal

zone and is deposited to the central parts of the Bay (Station R). Both

elements did not present significant ?uctuations along the cores depth.

Manganese concentrations in cores R and B were about three times

higher compared to cores M and T. The high concentrations of Mn in

core B were attributed to the geological background of stream

Vouvaris watershed, which consists of ultrabasic rocks [2]. In the core

R, at the centre of the Bay, Mn enhancement could be attributed to Mn

remobilization from other parts of the Bay. Manganese, because of its

redox sensitivitie, may be removed from the solid phase of the

sediment, transported through water and re-deposited elsewhere,

when oxic conditions occur [3]. The mobilization of Mn from the

sediments and its diffusion through pore water to the water column, is

supported by the high concentrations of the element near the surface

in all cores (Fig.2).

Fig. 2. Profiles of metal concentrations in the sediments of the Bay of

Kalloni.

Iron concentrations were much higher in station B (7.5

±

0.2 %) than

in the other stations (3.1

±

0.2% - 4.2

±

0.2%). The weathering of

ultrabasic rocks rich in Fe in the drainage basin of the stream Vouvaris

[2] is again the reason for Fe enhancement. No significant variations

were found along the cores probably because of the relatively

restricted remobilization of Fe. In contrast to the oxidation of Mn (II)

to Mn (IV), the oxidation of Fe is very rapid [4]. As a consequence,

when ions Fe

2+ 

were diffused through pore water into oxygenated

water column, they are immediately oxidized and precipitated before

being transported.

The concentrations of Ni in core B were one to two orders of

magnitude higher than the other cores (1438

±

134 

µ

g/g in core B and

158

±

7, 165

±

18 and 15

±

3 

µ

g/g respectively in cores R, M and T). The

high Ni values were also attributed to the geological background of

Vouvaris watershed, exclusively consisting of ultrabasic rocks

(peridotites) and nickeliferous minerals rich in Ni [2]. 

Conclusions

The ultrabasic minerals of the drainage basin of Vouvaris appears to

be the main reason for the marked enhancement of Fe, Mn and Ni in

the coastal sediments at the eastern part of the Bay of Kalloni. The

natural distribution of metals in the Bay of Kalloni is greatly

in?uenced by the local geology on a relatively small scale. On the

other hand, the redox sensitive Mn, which is also deposited on the

coastal zone near the stream Vouvaris, is more easily remobilized and

transported to greater distance, in?uencing the Mn distribution in the

central part of the Bay. 

References

1-Loring, D.H., and Rantala, R.T.T., 1992. Manual for the geochemical

analyses of marine sediments and suspended particulate matter, Earth

Science Reviews, 32: 235-283.

2-Varnavas, S., 1989. Pollution of Kalloni Bay in Lesbos by toxic metals,

Proceedings of the 1

st

Congress of Environmental Science (Lekkas, Th.,

ed.), Mytilene, pp. 211-220. 

3-Stumm, W., and Morgan, J.J., 1981. Aquatic chemistry. An

introduction emphasizing chemical equilibria in natural waters. 2nd

Edition. J.Wiley & Sons, N.York. 780 p.

4-Emerson, D., 2000. Microbial oxidation of Fe(II) and Mn(II) at

circumneutral pH. Pp. 31-52. In: Lovley, D.R., (Ed.), Environmental

Microbe-Metal Interactions. ASM Press, Washington.