Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

246

210

PO AND 

210

PB CONCENTRATIONS, FLUXES, PARTICLE SETTLING VELOCITIES, 

AND ORGANIC CARBON AT THE DYFAMED SITE, NORTHWESTERN MEDITERRANEAN

Gillian Stewart

1*

, J. Kirk Cochran

1

, Pere Masqué

2

, Robert Armstrong

1

, Juan-Carlos Miquel

3, 4

, 

Alessia Rodriguez, Scott Fowler

3

, Michael Peterson

5

, Nicholas Fisher

1

1

Marine Sciences Research Center, Stony Brook University, USA - * gstewart@ic.sunysb.edu, kcochran@notes.cc.sunysb.edu, 

nfisher@notes.cc.sunysb.edu rarmstrong@notes.cc.sunysb.edu

2

Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals, Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra, Spain - Pere.Masque@uab.es

3

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

4

Dipartimento per lo Studio del Territorio e delle sue Risorse, University of Genoa, Italy and IAEA, Monaco -

A.M.Rodriguez@iaea.org

5

University of Washington, USA - mlpmlp@u.washington.edu 

Abstract

Novel settling-velocity sediment traps and an elutriator were employed along with traditional techniques to explore the characteristics of

sinking and suspended material at the DYFAMED site. This is the first time that 

210

Po, 

210

Pb, and other characteristics have been examined

in particulate samples separated by sinking velocity and may further elucidate the composition of particulate ?ux. Preliminary results

suggest that 

210

Po activities differ among particles sinking at different rates. These measurements will allow us to compare the efficiency

of 

210

Po and 

234

Th as ?ux tracers, with an emphasis on the potential usefulness of 

210

Po as a POC ?ux tracer. 

Keywords: Polonium-210, Lead-210, Flux, Organic Carbon, Thorium

Traditionally, sinking and suspended particles in the ocean have

been separated by size fractions using filters and meshes (e.g. 1). Size

alone, however, does not determine the rate at which particles sink.

Equally important are the composition of the material and its density.

In an attempt to establish some relationship between composition and

sinking velocity, we collected particles at the DYFAMED site and

separated them based solely on their settling rates. The samples were

divided using an elutriator and a specially designed sediment trap into

six sinking velocity ranges between <10 and >230m per day; each

fraction was analyzed for total and organic carbon, ballast minerals,

protein, lipids, pigments, and the radionuclides 

210

Po, 

210

Pb, and

234

Th. 

Previously, the ratio of polonium to thorium has been used to

decipher the organic and biogenic silica content of particles in the

Southern Ocean (2). In the context of MEDFLUX, we are interested

in the relationship between organic content, ballast content, and

sinking ?ux. Potentially the amount of ballast, or dense mineral

content, in a particle may determine not only the sinking rate, but also

the extent to which organic matter is preserved as it is transported to

depth (3,4). The preservation of organic carbon by ballast below the

mixed layer may successfully sequester carbon for thousands of years,

and thus warrants further investigation for the accurate modeling of

the global carbon cycle and the biological pump.

Specifically, we are looking for a correlation between the

210

Po/

210

Pb or the 

210

Po/

234

Th ratio and the organic content of sinking

matter. We predict that the ratio of polonium to lead and/or thorium

will re?ect the ratio of organic matter to ballast as 

210

Po is known to

associate with labile cellular material (5) and 

210

Pb and 

234

Th are

linked with more refractory organic material or inorganic substances

such as sediment, atmospheric dust, and biogenic minerals (6,7). 

Preliminary data suggest that the polonium activity differs in

particles with differing sinking velocities (Fig 1). Over 52% of the to-

tal polonium ?ux was found within the fastest sinking particles but,

when normalized to mass, the particles sinking between 29 and 58

m/day had the highest 

210

Po activity. This result indicates that these

particles contain either the highest organic content, highest protein con-

tent, or concentrate polonium for some other reason. The nature of

these particles will be more fully known when the other analyses (total

and organic carbon, Al, Ti, Si, etc.) are complete. Results of these inves-

tigations as well as the lead and thorium activities will be presented.

References

1-Harvey H.R. and J.R. Johnston, 1995. Lipid-composition and ?ux of

sinking and size-fractionated particles in Chesapeake-Bay. Organic

Geochemistry,23: 751-764.

2-Friedrich J. and M.M. Rutgers van der Loeff, 2002. A two tracer

(

210

Po-

234

Th) approach to distinguish organic carbon and biogenic silica

export ?ux in the Antarctic Circumpolar Current. Deep Sea Research, 49:

339-354.

3-Mayer, L.M., 1994. Surface area control of organic carbon

accumulation in continental shelf sediment. Geochimica Cosmochimica

Acta, 58: 1271-1284.

4-Armstrong, R.A., C. Lee, J.I. Hedges, S. Honjo, and S. Wakeham,

2002. A new,  mechanistic model for organic carbon ?uxes in the ocean

based on the quantitative association of POC with ballast minerals. Deep

Sea Research,49: 219-236.

5-Stewart G.M. and N.S. Fisher, 2003a. Experimental Studies on the

accumulation of polonium-210 by marine phytoplankton. Limnology and

Oceanography, 48(3): 1193-1201.

6-Nozaki, Y., F. Dobashi, Y.Kato, Y. Yamamoto, 1998. Distribution of Ra

isotopes and the 210Pb and 210Po balance in surface waters of the mid

Northern Hemisphere. Deep Sea Research,45: 1263-1284.

7-Bacon M.P. and R.F. Anderson, 1982. Distribution of thorium isotopes

between dissolved and particulate forms in the deep sea. Journal of

Geophysical Research, 46: 1293-1299.

Fig. 1. The preliminary 

210

Po activity (Bq/g) in each of the elutriator frac-

tions. The numbers below each column represent the minimum settling

velocity in meters per day of particles in that fraction. The first column

includes particles sinking faster than 230 m/day while the final column

includes all particles that sink slower than 29 m/day.