Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

227

CARBON AND 

210

PO IN THE SURFACE MICROLAYER AND ITS ROLE IN NEAR SURFACE PARTICLE

FLUXES IN THE NW MEDITERRANEAN COASTAL ZONE.

Juan Carlos Miquel

1*

, Alessia Rodriguez y Baena

1,2

, Beat Gasser

1

, Scott W. Fowler

1

1

IAEA Marine Environment Laboratory, Monaco - * J.C.Miquel@iaea.org, B.Gasser@iaea.org, S.Fowler@iaea.org

2

Dipartimento per lo Studio del Territorio e delle sue Risorse, University of Genova, Italy - A.M.Rodriguez@iaea.org 

Abstract

Carbon and 

210

Po were measured in the surface microlayer and subsurface waters concomitantly with shallow sediment trap deployments

for assessing the potential enrichment of these elements in the surface microlayer and sedimenting particles. . Higher concentrations of

both elements were found in the surface microlayer. The enrichment on organic carbon and 

210

Po observed in surface waters compared to

subsurface waters was not directly manifested in the vertical C or 

210

Po ?ux but rather re?ected in the relative composition of the settling

particles.

Keywords: surface microlayer, particle ?ux, carbon, polonium-210

Introduction

The sea surface microlayer (SML, i.e. top few hundred microns) is

a matrix of organic and inorganic particles, detritus and micro-life.

This organically-rich surface film is formed from biogenic materials

produced by plankton in the water column that collect at the sea sur-

face. The abundance of organic matter provides a substrate for the

growth of larger organisms (neuston). Most studies suggest that the

SML represents a highly productive, metabolically active interface

and a vital biological habitat. Therefore, within the EU-sponsored

AIRWIN project, carbon and 

210

Po were measured in the SML, sub-

surface waters (SSW) and settling particles below the SML in order to

assess the potential impact of the microlayer on the enrichment of

these elements in settling particles. 

Material and Methods

Vertical particulate ?ux was measured using a newly designed

upper water, sediment trap mooring. Small cylindrical sediment traps

were deployed at 0.4, 2.4, 4.4, 6.4, 8.4 and 10.4 m in a water column

of 26 m depth about 1/2 miles off Banyuls (42°29.21 N, 3°08.52 E;

France). Four identical particle interceptor traps constructed from

transparent acryl each with a H/W ratio of 6.25 and a collection area

of 0.004 m

2

, were attached on a cross at the upper three depths. Traps

could pivot around the fixation axis and thus remained vertical during

the sampling period. A similar system with only two traps was used at

the lower three depths The mooring was surface tethered and attached

to a buoy 25 m distant that was fixed to a bottom weight. The traps

were deployed 4 times for periods ranging from 48 - 127 hours in

May-July 2002 (31 May to 3 June, 3 to 5 June, 25 to 29 June and 29

June to 4 July) and were recovered by hand from small boats. Because

of the short deployment period no chemical preservatives were used. 

During the deployment periods, SML samples were collected from

the upper 40-50 micrometers using the glass plate method (1) with a

sampler fabricated in the laboratory. One liter of seawater was collect-

ed for measuring 

210

Po and 500 ml for total and organic carbon. 

210

Po

was also analyzed in subsurface water collected ~0.5 m below the sur-

face. CTD-Rosette profiles were taken during the deployment period

to assess environmental changes and measure carbon content in the

water column.

Carbon was measured by high temperature combustion using a

Vario-El CHN microanalyzer (2). Samples for polonium were spiked

following pretreatment with 

209

Po and the polonium isotopes ana-

lyzed following standard procedures (3).

Results and Discussion

Carbon content was found to be consistently higher in the SML

than in the SSW. The organic C concentration was variable depending

on wind conditions, with values in the range of 156 to 338 mg l

-1

in

the SML and 131-213 mg l

-1

in the SSW and, with a SML enrichment

factor (EF) of 1.2 to 1.6. The C/N ratio was also higher in the SML

suggesting that there was some degradation of the accumulated organ-

ic material in the surface microlayer. 

Total 

210

Po concentrations in the SSW were very uniform, in the

range of 1.62 to 1.92 mBq l

-1

, with only 1 to 3 % of the activity in the

particulate fraction. The 

210

Po concentrations in the SML were high-

er, 4.66 to 6.29 mBq l

-1

, with 2-6 % of the activity in particles. The

SML enrichment factor for 

210

Po ranged from 2.4 to 3.3. The SML

data reported falls well within the range of previously published data

(1.41 to 8.33 mBq l

-1

, 4).

Carbon ?uxes were the lowest during period 1 and increased pro-

gressively with depth, from 20 mg POC m

-2

d

-1

in the upper 2 m to

50-55 mg POC m

-2

d

-1

at 8-10 m. In contrast, during the second peri-

od they were the highest, reaching 120 to 130 mg POC m

-2

d

-1

in the

upper 6 m and decreasing at greater depth. During periods 3 and 4

which occurred 20 days later, POC ?uxes were intermediate and there

was a trend to return to the conditions observed in period 1. The rapid

change in ?ux observed on June 3

rd

was associated with changes in

wind direction and consequent coastal input of particles.

210

Po ?uxes globally showed the same pattern as POC ?uxes dur-

ing the 4 periods, with lowest values noted during the first sampling

period - in the range of 172 to 332 mBq m

-2

d

-1

- and the highest dur-

ing the second period - 662 to1156 mBq m

-2

d

-1

-. The measured ?ux-

es are similar to those reported for other coastal Mediterranean waters

(5). Interestingly, the 

210

Po/ POC ratio was always higher in particles

sedimenting very near the surface (upper 2 m) and lowest in particles

settling at 4-6 m depth. This could also be a re?ection of the relative

lower ?uxes of 

210

Po observed at 4 m compared to corresponding

?uxes just above that depth. 

The enrichment of organic carbon and 

210

Po observed in surface

waters compared to subsurface waters was not directly mirrored in the

vertical C or 

210

Po  ?ux but rather in the relative composition of the

settling particles. Further analysis of the organic composition of the

settling material should confirm the SML fingerprint on these parti-

cles.

References

1-Hardy, J.T., Apts, C.W., Crecelius, E.A. and Bloom, N.S., 1985. Sea-

surface microlayer metals enrichments in an urban and rural bay. Estuar.,

Coast. Shelf Science, 20: 299-312.

2-Miquel, J.-C., Fowler, S.W., La Rosa, J. and Buat-Menard, P., 1994.

Dynamics of the downward ?ux of particles and carbon in the open north-

western Mediterranean Sea. Deep-Sea Res. I, 41(2): 243-261.

3-Shannon L. and Orren M.J., 1970. A rapid method for the determina-

tion of polonium-210 and lead-210 in sea water. Analytica Chimica Acta,

52: 166-169.

4-Heyraud M. and Cherry R.D. 1983. Correlation of 

210

Po and 

210

Pb

enrichments in the sea-surface microlayer with neuston biomass. Cont.

Shelf Res., 1(3): 283-293.

5-Tateda Y., Carvalho F.P., Fowler S.W. and Miquel J.C., 2003.

Fractionation of 

210

Po and 

210

Pb in coastal waters of the NW

Mediterranean continental margin. Cont. Shelf Res., 23: 295-316.