Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

127

At the boundary between the atmosphere and the ocean, the sea surface

microlayer (SML) plays a key role in governing transfer processes between

these two major reservoirs such as evaporation, gas exchange, emission of

aerosols and cloud condensation nuclei and accumulation of pollutants (1-2).

All these processes are in?uenced by the nature and enrichment of organic

material in the SML. To support transfer models, it appears that we do not

know enough about the chemical composition of the SML and its variability

in space and time. We present here data obtained at sea, using combined ana-

lytical approaches to assess the variability of the organic composition of the

SML under various environmental conditions: biological productivity, sun,

wind, rain, etc.

Material and methods

Four pairs of SML and ULW water samples were collected in early spring

in the Bay of Piran (northern Adriatic Sea) under different weather condi-

tions between Julian days 85 and 93. Analysis was performed for dissolved

and particulate organic carbon (DOC and POC) and surfactant activity using

phase sensitive alternating current voltammetry (3). Fractionation of organic

matter and surface active substances (SAS) was achieved by sorption on the

XAD-8 resin in hydrophobic neutral and basic, hydrophobic acid, and

hydrophilic fractions. Lipids were also analysed as lipid classes by thin layer

chromatography with ?ame ionisation detection and free fatty acids by gas

capillary chromatography (4).

Results and Discussion

DOC values vary in a very narrow range for all samples (1.29-1.62 mgl

1

),

indicating low enrichment in the microlayer.Total dissolved lipids show high

enrichment in the SML for all samples (4.0 - 28.6). Enrichment factors of

SAS are 6.4 and 2.2 for the SML samples 85 and 89, respectively. In the

SML samples, POC varies between high enrichment and depletion. POC

contributes 33.8 and 16.3 % to total organic carbon of the samples 89 and 93,

while in the ULW POC varies between 12.4 – 17.8 % of the total organic car-

bon. Particulate lipids vary between high enrichment (1.70 and 4.19) and

marked depletion (0.60 and 0.34). No correlation was observed between the

enrichment of POC and lipids, as would be expected due to the highly

hydrophobic nature of lipids. Surfactant activity of the POC was estimated

as the difference between the concentrations of SAS (equivalentTriton-X-

100) of the nonfiltered and filtered samples. Positive values, such as obtained

for SML indicate the presence of surface active particulate organic sub-

stances in the range between 20 and 30 % of total surfactant activity.

Negative values, as obtained for the ULW imply a strong hydrophilic char-

acter of this fraction. A positive correlation (R

2

=0.9744) is obtained between

total lipids and surfactant activity of nonfiltered samples, indicating a signif-

icant contribution of lipids to the surfactant activity of natural samples.

The contributions of hydrophobic basic and neutral, hydrophobic acid and

hydrophilic fractions to DOC and surfactant activity shown in Figure 1 were

highly varying and suggested possible relationships with weather conditions.

For SML in the sample 89, collected on a sunny morning, hydrophobic neu-

tral components are largely responsible for the surfactant activity, whereas

hydrophilic components largely predominate in the sample 93, marked by

heavy rains and their scavenging effect. Fractionation analysis of ULW

shows that the hydrophobic acid fraction predominates. The distribution of

fatty acids in the dissolved and particulate phases is shown in Figure 2. The

main components of fatty acids are given : polyunsaturated fatty acids

(PUFA) indicators of plankton activity, branched fatty acids (BrFA) mostly

synthesized by bacteria, and long chain fatty acids in the carbon range 24-30

originating from terrestrial higher plants. PUFA are depleted in the particles

of SML, indicating that most of the living organisms move out the SML dur-

ing day. High values of the ratio of saturated fatty acids with 16 and 18 car-

bon atoms, in the range 3.4 – 9.1, except in the film at station 87, highlight

the predominance of diatoms and diatom-derived material in both SML and

ULW. BrFA are enriched in the SML, demonstrating the enrichment of both

free and attached bacteria in the SML. Long-chain fatty acids indicate pulsed

inputs from terrestrial plants (e.g.high at station 87).

Conclusion

The selective accumulation of organic substances in surface films is more

pronounced during calm sea conditions, especially during sunny days.

Organic matter is mainly derived from diatoms and from bacteria attached to

particles, with a minor contribution from higher terrestrial plants. A positive

correlation is observed between total lipids and surface active substances.

Surface active substances show much higher enrichment than DOC in SML,

implying the major role of SAS in ocean/atmosphere exchanges.

References

1 - Liss P.S. and Duce R.A., 1997. The sea surface and global change. University Press,

Cambridge.

2 - Briand F. (ed.), 1999. Role of sea surface microlayer processes in the biogeochemistry of the

Mediterranean Sea. CIESMWorkshop Series, 9, CIESM, Monaco, 78 pp.

3 - Gasparovic B., Kozarac Z., Saliot A., Cosovic B. and Möbius D., 1998. Physico-chemical

characterization of natural and ex-situ reconstructed sea-surface microlayers. J.Colloid Interface

Sci.208, 191-202.

4 - Derieux S., Fillaux J. and Saliot A., 1998. Lipid class and fatty acid distributions in particulate

and dissolved fractions in the north Adriatic sea. Org. Geochem.29, 1609-1621.

BIOGEOCHEMISTRY OF ORGANIC MATTER IN MEDITERRANEAN SEA SURFACE FILMS

B. Gasparovic

1

,A. Saliot

2

*, A. Momzikoff

2

, J. Fillaux

2

,V.Vojvodic and B. Cosovic

1

1

Center for Marine Research; Rudjer Boskovic Institute, Zagreb; Croatie - gaspar@rudjer.irb.hr

2

Lab. de Biogéochimie et Chimie Marines, Univ. Pierre et Marie Curie, FRE CNRS 2318, Paris, France - saliot@ccr.jussieu.fr

Abstract

Four representative pairs of microlayer (SML) and underlying water (ULW) samples were collected in the Northern Adriatic Sea in early

Spring 1996. DOC, POC, surfactant activity, lipid classes and fatty acids were analysed. Organic matter (OM) was derived mainly from

diatoms, bacteria and to a lesser extent from higher plants. OM was generally enriched in the SML compared to ULW waters. The highest

surfactant activity occurred on sunny days. Fractionation of organic matter and surface active substances on XAD-8 resin showed a great

variability in the distribution of hydrophobic basic and neutral, hydrophobic acid and hydrophilic components as a function of

environmental conditions.

Key words : sea-surface microlayer, lipids, organic surfactants, Northern Adriatic

Fig. 1. Fraction of organic matter (OM) by Sportion on the XAD-8resin —

SAS = surface active substances

Fig. 2. Distribution of fatty acids in SMLand ULW