Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

152

Introduction

Seawater rheological properties – It is known that formation of mucila-

ge aggregates is primarily of biological origin and is certainly being ini-

tiated by marine meteorological conditions of high temperature and

pressure coinciding with conditions of reduced hy 

d 

r 

o 

d 

y 

n 

a 

m 

i 

c 

s 

.

Howeve 

r, the features needed to characterize the system from a phy 

si-

cal-chemical point of view, have not been yet been studied. A sharp

positive variation of sea water rheological properties has been observe 

d

during phytoplankton blooms and particularly in cases when eff 

ects

emerging at the seawater surface occur (Adriatic Sea and North Sea).

Viscosity can be then included within the range of models which are

employed to evaluate mucilage phenomena when it is conceived as a

parameter to test creep resistance of ?uid layers, caused by interaction

between different polymer chains and their ?exibility (2). If we also

consider that sea water is classified as a “weak gel” full of agglomer-

ates which can exceptionally turn into a “strong gel” characterized

instead by agglomerates with increased creep resistance (1), it follows

that viscosity should have a cyclic occurrence and thus, we should be

able to foresee the likely formation of aggregates.

Materials and Methods. 

Sampling and sample preservation –A few samples were taken in the

SouthernTyrrhenian Sea in areas where phenomena attributed to

mucilage aggregates have occurred in the past. Two transects have

been chosen along the northern coast of Sicily, one at Isola delle

Femmine and one at Capo d’Orlando. Monthly surveys and sampling

were made from June 1999 at the stations with bathymetry C = 30 m,

D = 40 m, E = 50 m: four samples have been taken for the station C

(from the surface and at every 10 m depth) and a sample at –20 m for

the D and E stations. We could thus analyse some results following

horizontal guide-lines (coast – open sea): C

2

– D

1

– E

1

and vertical

guide-lines (surface – sea-bottom): C

0

– C

1

– C

2

– C

3

. (fig 1)

Samples are taken and immediately stored at 4 °C in a portable

refrigerator.Viscosity is measured at 4.00 ± 0.05 °C in unfiltered sea-

water (SW) and filtrate (filter GF/F, 7 µm (FSW) ) samples. Due to the

dimensions of some colloid substances in solution, it was decided to

test viscosity of samples using 0.2 µm filters (F

2

SW).

Filtering took place within one hour of sampling; samples were

stored in a refrigerator at 4 °C and tested within no more than five days

maintaining the same temperature.

Preservation and measurement at low temperature, without addition

of chemical preservatives, allowed us to evaluate the physical-chemi-

cal properties of creep resistance which are caused only by the poly-

mers in solution.

Measurement – Kinematic viscosity was measured at 4.00 ± 0.05 °C

by an Ubbelohdecapillar viscosimeter, Schott-Gerate Macro (0c)

connected with AVS 350, an automatic viscosity-measuring instru-

ment, by Schott-Gerate. Kinematic viscosity (

?

) converts into absolu-

te viscosity (

?

) in terms of 

?

=

?

d

where d represents the sample density (3,4). Sea water sample densi-

ties result from electrical conductivity readings taken at the same tem-

perature. The accuracy of absolute viscosity was ± 0.001 cp. The ratio

between the sample viscosity and the artificial sea water viscosity

(ASW: NaCl, MgSO

4

, NaHCO

3

) provides the sample’s relative vis-

cosity which can be related to the rheological in?uence of those sub-

stances present as solute.

Results and Discussion. 

The final outcome of more than one year of study seems to indicate

that values obtained for the viscosity of unfiltered seawater show small

differences depending on the sampling depths, although not as much

as noted during the first three months. The viscosity of filtered sea-

water, on average, was always slightly lower than that of the unfiltered

sample. Little difference was noted between viscosity determined by

use of 0.2 µm filters and that using 0.7 µm filters. This is due to the fact

that at the moment of sampling, measurements were not affected by

substances which were more than 0.2 µm. No major differences were

seen with respect to the horizontal guide-lines (coast – open sea): C

2

– D

1

– E

1

whilst more marked ones were noted using vertical guide-

lines (surface – sea-bottom): C

0

– C

1

– C

2

– C

3

.

Analysis of recorded values showed that the physical-chemical

properties varied according to time (viscosity generally decreased

from June 1999 until December 2000), bathymetry, and distance from

the coast. Such data apply to both transects in our survey. Figures

regarding kinematic and relative viscosity were related to marine

meteorological conditions and weather at the time when the of sam-

ples were taken.

Therefore is important to continue the viscosity measurements in

order to underscore the variations caused by polymers in solution, and

in order to link rheological properties with biological and chemical

parameters of the samples (i.e. nutrients, chlorophyl and phy 

toplankton

biomass). In this way it will be possible to use viscosity as a predictive

parameter of phenomena attributed to the formation of mucilage aggre-

ga 

tes.

References

1. Jenkinson J. R., Biddanda B. A., 1995. “Bulk-phase viscoelastic

properties of seawater: relationship with plankton components.”Journal

of Plankton Research.Vol. 17. N. 12. pp. 2251-2274

2. Billmeyer F.W. (a cura di). 1984.“Textbook of polymer science”.III

ed. pagg. 208-213. Wiley Interscience

3.VanWayer I. R. 1963. “Viscosity and ?ow measurements”. Wiley

Interscience

4.Weissberger A., Rossiter B. W. 1971. “Physical Methods of

Chemistry”.Wiley Interscience.

RHEOLOGICAL PROPERTIES OF SEAWATER FROM SICILIAN COSTAL AREAS

Perzia P., Vivona P., Sunseri G *.

ICRAM - STS,  Palermo, Italy - paperzia@tin.it

Abstract.

A clear positive variation of sea water rheological properties has been observed during phytoplankton blooms (1). Viscosity of filtered and

unfiltered seawater samples taken from Sicilian coastal areas where formation of mucilage aggregates are likely to occur, has been

measured at 4.00 °C. Monitoring of the development of such secretions is thus made possible by studying the increasing creep resistance

of the samples.

Key-words: bathymetry, density, temperature,Adriatic Sea, Tyrrhenian Sea.

Figure 1. Transect indicating the stations.