Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

130

Introduction

The Mediterranean Sea is considered as a unique setting for the

investigation of fundamental topics in the biogeochemical cycling of

organic matter (OM). While a large body of studies has been carried

out in the Western Mediterranean (1,2), there are only scarce data for

the Eastern sub-basin (3). 

This study is focused on the north and south Aegean Sea and aims

at assessing the organic matter sources and highlighting alteration pro-

cesses during its transport and burial in recent sediments. Biomarker

compounds within several lipid classes (hydrocarbons, alcohols, long-

chain alkenones, sterols, diols and keto-ols, and fatty acids) have been

used in order to address these questions.

The selected marine sites have contrasting hydrological features.

The north Aegean Sea receives considerable freshwater inputs from

river discharge as well as in?ow from the Black Sea, resulting in high-

er productivity compared to the south Aegean (Cretan Sea). The latter

is considered as one of the most oligotrophic regions of the world

ocean(4).

Methods and Materials

The analytical methodology comprises the freeze-drying of sedi-

ment samples, extraction with organic solvents for the isolation of the

total extractable organic matter (TEOM), column chromatography for

the separation of the various lipid classes, gas chromatography (GC)

and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) for the qualita-

tive and quantitative analysis of individual lipid components. 

Results and Discussion

Mean organic carbon and total nitrogen values are two-fold higher

in the north compared to the south Aegean (0.9% and 0.12% in the

north Aegean and 0.5% and 0.08% in the south Aegean Sea, respec-

tively).

The n-alkane concentrations varied from 1.46 to 5.21 mg/g of dry

sediment in the north and from 2.23 to 3.22 mg/g in the south Aegean

Sea. The predominance in most cases of the high molecular weight

homologues (>C23), showing an important odd/even preference as

indicated by the values of the CPI ratio in the range C23-C36 (from

3.31 to 4.23), reveals an allochthonous contribution from terrestrial

plant waxes. 

In the north Aegean sediments, the total concentrations of homo-

logues with more than 23 carbon atoms ranged from 573 to 2257 ng/g,

reaching the maximum value at the sampling site N2 (960 m water col-

umn depth) located in the Thermaikos Plateau, and the minimum at N4

(87 m water column depth), located in the upper continental shelf of

Lesbos Island. The higher concentrations found in the deeper sam-

pling stations of the North Aegean can be partially attributed to differ-

ent sedimentological characteristics of shallow and deep stations.

In the Cretan Sea sediments, long chain homologues (>C23) ranged

from 977 to 1401 ng/g, showing a uniform spatial distribution with

slightly lower concentrations in the deeper sampling site (S1). The

absence of major differences in the spatial distribution of terrestrially-

derived homologues in the open Cretan Sea can be explained by: i) the

absence of riverine inputs and ii) the homogeneous sedimentological

characteristics of the different sampling sites.

The homologues of n-alkanes with less than 20 carbons (C15-C20)

were found in relatively high abundance in both the north and the

south sampling sites (from 572 to 2266 ng/g), and showed in most sta-

tions a slight even to odd predominance. The low CPI values calculat-

ed for all samples (from 0.58 to 0.79) indicate an important contribu-

tion of alkanes with bacterial and/or petrogenic origin. Petroleum

inputs are further confirmed by the presence of an unresolved com-

pound mixture (UCM), which appears as a hump in the aliphatic frac-

tion as well as a series of hopanes and steranes.

Identifying biomarkers derived from marine sources permits deter-

mining the various types of algal species contributing to the overall

surface water production. Contribution from coccolithophorids and

diatoms, the main primary producer species in the overlying waters,

was higher in sediments of the north Aegean as indicated by the spa-

tial distribution patterns of alkenones and C

28

desmethyl-sterols. The

occurrence and distribution of other algal biomarkers, such as dinos-

terol and long-chain alkyl diols and keto-ols, re?ect the same spatial

trends, for the contribution from dino?agellates and other nanoplank-

ton species. Early diagenetic alterations of marine OM through het-

erotrophic processes, occurring during its transport and burial, are also

investigated by means of diagnostic zooplanktonic and microbial

biomarkers.

The whole data set is discussed in relation to environmental condi-

tions prevailing in the study area. This allows gaining a better under-

standing of the biogeochemical functioning of the Aegean Sea, an area

that has received increasing attention during recent years due to sig-

nificant changes in its hydrological regime. The latter is most likely

driven by climatic change (5), resulting in a possible impact on the

entire Mediterranean Sea.

References

1. Bouloubassi I., Lipiatou E. Saliot A., Tolosa I., Bayona J.M., Albaiges

J., 1997. Carbon sources and cycle in the Western Mediterranean: II. The

use of molecular markers to determine the origin of organic matter.Deep

Sea Res.44: 781-799.

2. Buscail R., Pocklington R., Daumas R., Guidi L., 1990. Fluxes and

budget of organic matter in the benthic boundary layer over the North

Western Mediterranean margin. Continental Shelf Research10: 1089-

1122.

3. Gogou A., Bouloubassi I., Stephanou E., 2000. Marine organic

geochemistry of the Eastern Mediterranean: 1. Aliphatic and

polyaromatic hydrocarbons in Cretan Sea surficial sediments. Marine

Chemistry68: 265-282.

4. Psarra S., Tselepides A., Ignatiades L., 2000. Primary productivity in

the oligotrophic Cretan Sea (NE Mediterranean) : seasonal and

interannual variability.Progress in Oceanography46: 187-204.

5. Roether W., Manca B.B., Klein B., Bregant D., Georgopoulos D.,

BeitzelV., KovacevicV., Luchetta A., 1996. Recent changes in Eastern

Mediterranean deep waters. Science271: 333-335. 

LIPID BIOMARKERS AND BULK ORGANIC PARAMETERS IN 

NORTHEASTERN MEDITERRANEAN SEDIMENTS 

Alexandra Gogou

1

*, Ioanna Bouloubassi

1

, Roselyne BuscailL

2

1

. LPCM, Universite P. et M. Curie, Case 134, Paris, France.

2

. CEFREM, Universite de Perpignan, France.

Abstract

This study focuses on two marine sites of the Eastern Mediterranean (north and south Aegean Sea) and aims at assessing the various

sources and the diagenetic state of organic matter in recent sediments using the biomarker approach. Mean organic carbon (OC) values in

the surface sediments were two-fold higher in the north compared to the south Aegean (0.9% and 0.5%, respectively). The abundance of

the various biomarker classes of terrestrial origin (long chain n-alkanes, n-alkanol and fatty acids) was significantly higher in the north

site, re?ecting the importance of riverine discharges in fueling this area with terrestrially-derived material. Concomitantly, the supply of

nutrients leads to a higher productivity in the north compared to the south Aegean Sea, which is re?ected by the relative abudance of

various marine biomarkers (short chain alcohols and fatty acids, alkenones, sterols, diols and keto-ols). Dispersal pathways of organic

matter and the various types of primary producers in the overlying waters were also investigated.