Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

242

CHEMISTRY OF THE SEA SURFACE MICROLAYER IN THE BLACK SEA

G. Shtereva*, B. Dzhurova, O. Hristova

Institute of Oceanology, BAS, PO Box 152, 9000Varna, Bulgaria  - * chem@io-bas.bg

Abstract 

The study is based on bi-monthly monitoring in Varna Bay, which is affected by anthropogenic pressure. Nutrients (TP, IP, N

NO2

, N

NO3

,

Si), suspended matter, oxidizability, metals (Fe, Mn) were measured in both layers: SL and SML. A maximum accumulation for most of

investigated parameters in Summer-Autumn period was observed. The highest coefficient of accumulation for nitrate N was established.

Keywords: Black Sea, nutrients, oxidizability, surface microlayer 

As an area of exchange of matter and energy, the sea surface

microlayer (SML) is an important boundary that either affected by

global change. The sea SML has unique chemical and biological

characteristics very different from those of underlying water. This thin

sea-surface film receives material input from atmospheric,

terrigeneous and marine sources, leading to elevated concentrations of

both natural compounds and anthropogenic contaminants (1). There is

still a lack of knowledge about phisico-chemical processes governing

the formation and properties of SML and. The aim of the study is to

assess the capacity of SML to accumulate nutrients and organic

matter. 

The study is based on bi-monthly monitoring at one station in Varna

Bay, one of the most affected by anthropogenic pressure regions along

the Bulgarian Black Sea coast. The following parameters: total

phosphorus (TP), inorganic phosphorus (IP), nitrite and nitrate

nitrogen (N

NO2

, N

NO3

), silica (Si), suspended matter (SM),

oxidizability Fe and Mn were determined by standard methods. The

accumulation in SML is presented by ratio between concentration in

SML and surface (SL): Ka=C

SML

/C

SL

.

The data reveal that sea SML is enriched in organic and inorganic

substances relative to the surface water. The nutrients distribution in

SML follows that in SL (Figs.1, 2). Their microlayer concentrations

occasionally exceed the permissible limits (Water quality criteria for

the coastal sea water). The comparison of nutrients distribution in SL

and SML shows a good correlation for N (r

2

=0.47). A similar situation

is observed for SM (r

2

=0.45). According to the coefficient of

accumulation (K

a

) the microlayer enrichment for N during all seasons

is the highest. Maximum of K

a

for the whole period of investigation

is as follows: 8 for N

NO3

; 2.8 for N

NO2

; 4 for TP and oxidizability; 3

for IT; 2 for SM, 5 for Fe and 9 for Mn). The coefficient of

accumulation for metals, phosphorus and SM is comparable with

those found in other area, where similar investigations were carried

out (2,3). Concerning inner annual distribution, we can note, that the

more significant enrichment of the SML (with exception of

phosphorus) was established during the summer–autumn period (Figs.

1, 2, 3). The calculated N/P ratio is the highest in both layers in

March, when maximum N-content was detected. Analogously,

maximum Si/P ratio was in January, in relation to Si content,

respectively. 

The data presented suggest the following conclusions, which at the

stage of investigation should be considered preliminary: 

A microlayer enrichment for all parameters (nutrients and organic

matter) is observed. The capacity of SML accumulation for N is the

highest in comparison with the other nutrients. The seasonal

distribution is characterized with maximum accumulation for most of

investigated parameters in Summer-Autumn period. These

preliminary results could be used for subsequent investigations to

improve our understanding of the processes at natural phase

boundaries.

References 

1-Hardy, J. 1999. Biolody, contamination and toxicity of the sea surface.

CIESM WorkshopSeries,9: 41-44.

2-Shtereva, G. 1998. Total and organic suspended matter in the Black Sea

water of the thin surface microlayer. Proceedings of IO, 2: 27-31.

3-Shtereva, G. 2000. Contaminant accumulation in the sea surface

microlayer, J. of Balkan Ecology,v.5, 2:196-200.

Fig.1. Silica and nitrate N in the surface microlayer (SML) and surface

layer (SL).

Fig.2. Total P and nitrite N in the surface microlayer (SML) and surface

layer (SL).

Fig.3. Oxidizability and SM in the surface microlayer (SML) and surface

layer (SL).