Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

241

DISSOLVED ORGANIC CARBON IN THE IONIAN SEA AS FUNCTION OF WATER MASS CIRCULATION

C. Santinelli 

1

, B. Manca

2

, L. Nannicini1 and A. Seritti

1*

1 

CNR Istituto di Biofisica, Area della Ricerca di Pisa, Via Moruzzi, 1 – 56124 Pisa, Italy - alfredo.seritti@ib.pi.cnr.it 

2

Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale - OGS, Borgo Grotta Gigante 42/C, 34010 Sgonico (Trieste), Italy

Abstract

Dissolved Organic Carbon (DOC) in the Ionian Sea was investigated during two surveys carried out in January 1999 and April 2002. The

highest values (50-89 µM) were found in the upper layers (0-100 m). In the intermediate layer DOC concentration was of 40-58 

µ

M in

1999 and 48-58 

µ

M in 2002; the lowest values were found in the LIW during the first survey. In the deep layer the DOC ranged from 46

to 57 µM in 1999 and 2002, respectively. In 2002 the Adriatic Sea regains the main role as principal source of deep waters for the Eastern

Mediterranean. 

Keywords: DOC, water masses, Ionian Sea.

In the early 1990s, the hydrological characteristics of intermediate

and deep waters of the Eastern Mediterranean (EM) were affected by

substantial changes as a consequence of the major climatic event

named Eastern Mediterranean Transient (EMT) [1]. This important

event also in?uenced the biogeochemistry of the water column [2].

The Ionian sea is an area where the thermohaline circulation has an

effect on the whole EM [1]. 

Figure 1 shows the study area and DOC vertical profiles in two

stations (A01 and G99) investigated both in 1999 and 2002. DOC in

the surface waters (0-100 m) ranged from 50 to 89 

µ

M in all the

stations, without any connection with the time of survey. On the

contrary, different DOC values were observed in the intermediate and

deep waters in the two periods. In winter 1999, the Levantine

Intermediate Water (LIW) exhibited very low DOC values (40-42

µM), because of the reduction of this water mass that was prevalently

constrained to re-circulate in the Levantine basin; in the meanwhile,

the new Cretan Intermediate Water (CIW) occupied the intermediate

layer mostly in the eastern portion of the Ionian sea exhibiting larger

DOC values (54-62 

µ

M). In 1999, the LIW was particularly old

indicating that a large part of DOC was probably already mineralised,

therefore the remaining part should be mainly constituted by the

“refractory” fraction [3]. In contrast, the CIW in the first survey

exhibited DOC values relatively high because of its young age, being

very close to the source. The deep layer in the 1999 was occupied by

both the new Cretan Deep Water (CDW) and the Eastern

Mediterranean Deep Water (EMDW) of Adriatic origin. The latter was

elevated at shallower depth, because of the intrusion in the bottom

layer of the much more dense CDW. Therefore, the DOC exhibited

values ranging from 43 to 47 µM in the CDW and 44-48 µM in the

EMDW.

Fig. 1. Comparison between DOC vertical profiles in 1999 (

?

) and 2002

(•) in the stations: A01, located in the Southern Adriatic Sea and G99,

located in the Central Ionian, as shown in the inserted map.

A rather different situation was observed during the second survey

carried out, in the same area of the Ionian sea, in spring 2002. The

LIW circulates more abundant from east to west, as it was the case

before the EMT; and the Adriatic Deep Water (ADW) returned to be

the main source of deep waters for the whole EM. Therefore, DOC in

the LIW has shown concentrations (48-59 µM) much higher than

those observed in 1999, whilst the CIW exhibited values (mean value

58 µM) similar to those found in the 1999, although its contribution

was restricted to a smaller area. Concerning the deep waters, the ADW

at its source region (station A1 located in the southern part of the

Adriatic sea at the interior of the gyre) exhibited DOC concentrations

of 74 µM. Then, during its route towards the south into the Ionian, it

mixes with the surrounding “older” EMDW to give a “new” product,

with DOC values ranging from 57 to 75 µM, which are, however,

higher than those observed in 1999. In the station A1 (Fig. 1a), the

DOC concentration is higher (

˜

74 µM) in 600-1000 m depth range;

it may be attributed to the deep convective movements of surface

waters in the interior of the southern cyclonic gyre; whilst DOC

values of 80-90 µM were observed in the bottom layer below 1000 m,

presumably because of the arrival of much more dense waters formed

in the northern shelf region. In the station G99 (Fig. 1b), the increase

of DOC to values >50 µM in the layer below 2000 m, may be

connected to the arrival of “new” EMDW; therefore, the moderate

increase of DOC may be the result of a mixing between the recent

ventilated ADW, rich of DOC, and the resident EMDW.

In conclusion, the DOC behaviour in the water column, monitored

in different periods, confirms the strict correlation occurring between

DOC and physical characteristics of the different water masses.

References

1-Klein, B., W. Roether, B.B.Manca, D.Bregant, V.Beitzel,

V.Kovacevich, and A.Luchetta, The large deep water transient in the

Eastern Mediterranean, Deep Sea Research I, 46,371-414, 1999.

2-Seritti, A., Manca, B. B., Santinelli, C., Murru, E., Boldrin, A., and

Nannicini, L. 2003. Relationships between hydrological properties and

dissolved organic carbon (DOC) in the Ionian Sea (winter 1999). Journal

of Geophysical Research, Vol. 108, C9, 8112, doi:

10.1029/2002JC001345.

3-Carlson C.A., 2002. Production and removal processes. Pp. 91-151. In:

Hansell D.A. and Carlson C.A. (eds.), Biogeochemistry of marine

dissolved organic matter. Elsevier Academic press, San Diego, USA.