Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

114

Introduction

The Black Sea is the largest modern anoxic basin of the world with a

maximum depth of 2250 m. It has a pycnocline at a depth of about 100-

150 m, separating aerated brackish waters (*18 ‰) from anaerobic, H

2

S-

rich more saline waters (*22.5 ‰). The Black Sea Holocene sediments

consist of three units. These from top to base are a laminated coccolith

marl (unit 1), a micro-laminated organic-rich sapropel (unit 2) and a lacus-

trine lutite unit (unit 3). Based on modern AMS 

14

C datings of numerous

core samples from various parts of the basin, the calibrated ages of 2720

and 7900 yr BP were assigned to the unit 1/unit 2 and unit2/unit 3 bound-

aries, respectively [1]. Later, the same boundaries were dated at 2000 and

7800 yr [2]. In this paper, we study the mass accumulation rates of total sed-

iment (MAR

S 

E 

D

), total organic carbon (TOC) and total carbonate in the

Holocene sediment section in two cores located on the western continental

m 

a 

rgin of the Black Sea (Fig. 1). The study is based on 

2 

1 

0

Pb dating and

TOC and total carbonate analyses of the core samples. The chronology

determined by 

2 

1 

0

Pb dating is compared with the published 

1 

4

C data for the

unit 1/unit 2 boundary and both the 210Pband 14C chronologies are used to

compute the MARs of TOC (MAR

TO 

C

) and carbonate (MAR

C 

a 

C 

O 

3

) for the

upper parts of units 1 and 2. 

Methodology

The Cores BS-9 (44°28.118’N, 31°15.178’E, 600 m depth) and BS-15

(: 43°29.094’N, 30°42.367’E, 1319 m depth) were recovered during the

IAEA sponsored RADEUX 1998 expedition in the western Black Sea

(Fig.1). Undisturbed cores with an intact ?uff layer were obtained using a

MARK II 400 multicorer.The cores were sliced into 1-cm-thick sections. 

Porosity was determined from the water content after correction for the

presence of salt. The 

2 

1 

0

Pb activity was determined by measurement of the

2 

1 

0

Po by low 

- 

l 

evel alpha counting after a total acid digestion and silver disc

plating. In this method a secular equilibrium (reached in two years) between

2 

1 

0

Pb and its daughter product 

2 

1 

0

Po was assumed. Sediment accumulation

rates were determined from the unsupported or excess 

210

Pb. Supported

levels of 

210

Pb were assumed to be equal to the downcore asymptote. The

mean value is subtracted from the total activity of each sample to arrive at

the unsupported level. The average supported activity of 

210

Pb in Cores

BS-9 and BS-15 were 38 Bq/kg and 30 Bq/kg, respectively. In the absence

of bioturbation and assuming that both the ?ux of 

210

Pb (F

Pb-210

in Bq cm

-

2

yr

-1

) to the sediment/water interface and the sediment accumulation rate

(MAR in g cm

-2

yr

-1

) have remained constant (i.e., constant ?ux-constant

MAR model), there is the following relationship between the excess 

210

Pb

activityA

Pb-210

(m) and the mass-depth (m; g.cm

-2

):

F

Pb - 210

A

Pb - 210 

(t) =-----------.e

-

?

m/MAR

=A

0

e

-

MAR

where

?

= radioactive decay constant for 

210

Pb (0.693/22.26 yr). A semi-

logarithmic plot of excess 

210

Pb activity versus m gives a straight line with

a slope = - 

?

/MAR and intercept Y= F

Pb-210

/MAR.

TOC was analyzed in acidified sediment samples using a CHN elemen-

tal analyzer.Total carbonate contents were determined by a gasometric-

volumetric method. The precision of these methods is better than 10% at

95% significance level. MAR (g m

-2

yr

-1

) is calculated for total sediment,

TOC (wt %) and carbonate (wt %) using

MAR=TOC (or CaCO

3

) / 100 x SR x (1-

?

)-(1.02 x 

F

/ 100)   (2)

where SR = sedimentation rate (cm/kyr), 

F

= porosity (%), 

?

= bulk den-

sity (g/cm

3

).

Results and Discussion

The excess 

2 

1 

0

Pb data for Cores BS-9 and BS-15 follow smoothly

decreasing exponential curves for the upper 3-9 cm. Using equation 1, we

found sedimentation rates of 72 cm ky 

r

- 

1

( 

M 

A 

R

S 

E 

D

= 171.5 g m

-2 

y 

r

- 

1

) and

24 cm.ky

- 

1

( 

M 

A 

R

S 

E 

D

= 71.25 g m

- 

2

y 

r

- 

1

) in Cores BS-9 and BS-15, respec-

t 

ive 

l 

y. The sedimentation rate at Site BS-9 is thus about 3 times higher than

at Site B-15. The high sedimentation rate at the former site is in line with

its location being closer to the sediment source than Site BS-15 on the

Danube submarine fan. Considering that the corrected AMS 

14

C age for the

unit 1/unit 2 boundary is 

˜

2000 yr [2] and assuming a linear sedimentation

rate between the core top and the unit 1/unit 2 boundary, sedimentation

rates for unit 1 in Cores BS-9 and BS-15 would be 25 and 16.3 cm kyr

-1

,

respectively.These rates averaged over 2000 yr are therefore about 1.5 to

3 times lower than those for the last 125 yr determined from the 

210

Pb data.

This suggests that the sediment accumulation rates have not been constant

in the last 2000 years and that they significantly increased probably in the

last 1000 years as a result of man’s impact. Previously using several AMS

14

C datings, Calvert et al. [3] calculated a MAR

SED

value of 38.7 g m

-2

yr

-

1

in a core in 2087-m water depth in central part of the western Black Sea.

However, based on 

210

Pb data in the same core Buesseler and Benitez [4]

determined a MAR

SED

value of 69±3 g m

-2

yr

-1

, again suggesting a major

increase in sedimentation rate in recent times. This last value is compara-

ble with the MAR

SED

value of 71.25 g m

-2

yr

-1

found by us at Site BS-15.

The average MAR

TOC

and MAR

CaCO3

in the upper 3 cm of the Core BS-

15 representing the last 125 yr are 11.85 and 0.75 g m

-2

yr

-1

, respectively,

whereas the corresponding MAR

TOC

and MAR

CaCO3

values in Core BS-9

are 6.21 and 0.39 g m

-2

yr

-1

. Subtracting the MAR

TOC

and MAR

CaCO3

from the MAR

SED

, we estimate that Site BS-9 has received 2.7 times more

siliciclastic material than that has Site BS-15. Assuming that at Site BS-15

the top of sapropel unit (unit 2) has the same linear sedimentation rate as

unit 1 (i.e., 16.3 cm kyr

-1

), the average MAR

TOC

and MAR

CaCO3

in the

upper part of unit 2 are found to be 3.86 and 0.93 g m

-2

yr

-1

.The MAR-

TOC

in the sapropel unit is about 25% higher and the MAR

CaCO3

is 3 times

lower than those in the upper part of unit 1. The high MAR

CaCO3

in unit 1

is essentially caused by the coccolithophore E. Huxleyi, which usually

blooms during the summer and autumn forming the 

white laminae.

Acknowledgements.We thank IAEA, TUBITAK and ÇNAEM for providing

financial and organizational support for this work. 

References

1. Jones, G.A. and Gagnon, A.R. (1994) Radiocarbon chronology of Black Sea

sediments,Deep-Sea Research, 41(3): 531-557.

2. Arthur, M.A. and Dean, W.E., 1999. Organic-matter production and preservation

and evolution of anoxia in the Holocene Black Sea. Paleoceanography,13:395-411.

3. Calvert, S.E., Karlin, R.E., Toolin, L.J., Donahue, D.J., Southon, J.R and Vogel,

C.S.,1987. Low organic carbon accumulation rates in the the Black Sea sediments.

Nature,350:692-695.

4. Buesseler, K.O. and Benitez, C.R.,1993. Determination of mass accumulation

rates and sediment radionuclide inventories in the deep Black Sea. Deep-Sea

Research, 41:1605-1615.

SEDIMENT, ORGANIC CARBON AND CARBONATE MASS ACCUMULATION RATES 

ON THE WESTERN CONTINENTAL MARGIN OF THE BLACK SEA 

M.N. Çagatay

1

*, E. Güngör

2

, N. Güngör

2

,Y.Z.Yilmaz

2

, E. Sari

3

, G. Köksal

2

, G. Göktepe

2

, S. Yasar

2

1

IstanbulTechnical University, Geology Department, Istanbul, Turkey

2

Çekmece Nuclear Research and Training Centre, Istanbul, Turkey

3

Institute of marine Sciences and Management, Istanbul University,  Istanbul, Turkey

Abstract

Mass accumulation rates (MAR) based on 

210

Pb dating were determined in cores BS-9 and BS-15 located on the western continental

margin of the Black Sea in water depths of 600 and 1319 m. The total MAR for these sites is 171.5 and 71.3 g m

-2

yr

-1

, respectively.The

average MARs of total organic carbon (TOC) and carbonate during the last 125 yr in Core BS-15 are 0.75 and 11.85 g m

-2

yr

-1

, whereas

the corresponding values for the Core BS-9 are 0.39 and 6.21 g m

-2

yr

-1

.The average total MAR values for the last 125 yr are considerably

higher than those for the last 2000 years, computed from published 

14

C ages, suggesting that the sedimentation rate has considerably

increased in recent times. 

Key-words: Black Sea; Accumlation rates, Holocene sediment, Organic Carbon; Carbonate.

Figure 1. Location of studied cores. Isobaths are in metres. The location

of Core BS4-9 studied by Calvert et al.[3] and Buesseler and Benitez [4]

is also shown.