Abstract:
Nell'area occidentale del Mare di Ross, Oceano meridionale, si distinguono diverse masse
d'acqua, importanti per la circolazione oceanica, che si generano, dall'interazione tra le acque della corrente Circumpolare Antartica (Circumpolar Deep Water, CDW) e le acque dello shelf. Di
particolare importanza sono le acque ipersaline (High Salinity Shelf Waters, HSSW), che si formano
in una delle aree di polinia durante l'inverno australe in prossimità del Drigalsky Basin, e le acque super fredde (Iced Shelf Water, ISW). Entrambe si approfondano a causa della densità e
contribuiscono alla formazione delle acque di fondo (Antartic Bottom Waters, AABW). Durante
l'estate australe si osserva la formazione dell'acqua superficiale Antartica (Antartic Surface Water, AASW) derivante dal miscelamento di acque dello shelf con acque di fusione della banchisa e
dell'Ice Shelf.
In questo studio è stata esaminata la distribuzione del metallo totale disciolto e la speciazione di elementi in tracce, quali il cadmio, il piombo, il rame e lo zinco.
Durante tre campagne oceanografiche (nel periodo 1994-98), nell'area compresa tra la longitudine 166° E e 165° W e tra la latitudine 71° S e 78° S, sono stati effettuati campionamenti di acque subsuperficiali. Nella campagna 2000 - 01 sono stati effettuati campionamenti, a 10 quote lungo l'intera colonna d'acqua, in quattro siti nel Mare di Ross per il prelievo e la caratterizzazione delle principali masse d'acqua che si possono individuare nel Mare di Ross. Il prelievo è stato effettuato mediante bottiglie Closed Open Closed (GO FLO, General Oceanics) teflonate, precedentemente lavate e condizionate per minimizzare i problemi di contaminazione, con l'ausilio di in cavo in Kevlar. Sono state adottate tutte le procedure per la minimizzazione della contaminazione durante la manipolazione e l'analisi dei campioni.
Le tecniche elettroanalitiche utilizzate in questo studio sono: la voltammetria di ridissoluzione
anodica (DPASV) e la voltammetria di ridissoluzione catodica con legante aggiunto (CLCSV).
Il Cd e lo Zn hanno una distribuzione di tipo "nutriente", governata quindi dai processi rigenerativi che avvengono nelle acque profonde. Il Pb presenta una distribuzione di tipo
"scavenging", mentre la distribuzione del Cu è di tipo intermedio, con processi di scavenging lungo
tutta la colonna d'acqua, ai quali si sovrappone un flusso dai sedimenti, a causa della precoce
diagenesi di questo elemento. I risultati della concentrazione di metallo totale disciolto per gli
elementi esaminati sono consistenti con le caratteristiche geochimiche degli elementi e con i valori
osservati nel Mare di Weddel e in altre aree dell'Oceano Meridionale.
La speciazione di questi elementi ha messo in evidenza che il Cd, il Pb e lo Zn sono complessati da una singola classe di leganti, mentre il Cu presenta una distribuzione che coinvolge due classi di leganti, una di leganti più forti e una di leganti più deboli. Considerando le diverse masse d'acqua presenti nel Mare di Ross e distinguendole sulla base della salinità e della temperatura, il legante del Cd, di origine biologica, ha una concentrazione più elevata nelle AASW rispetto alla CDW e alle HSSW; questa distribuzione è legata alla produzione fitoplanctonica nelle acque superficiali,lungo le aree costiere, e al metabolismo batteria) degradativo nelle acque profonde, come la CDW o come le HSSW, che nonostante siano acque di recente formazione presentano basse concentrazioni di legante. La distribuzione del legante del Pb, prodotto dalla degradazione della materia organica, è omogenea e sottolinea la natura refrattaria del legante. Per il Cu si osserva che la classe di leganti più deboli ha una distribuzione più omogenea, rispetto alla classe di leganti forti, con caratteristiche che possono essere assimilate a quelle del materiale in grado di compassare il Pb. La distribuzione del legante dello Zn mostra una maggiore concentrazione nelle AASW rispetto alle HSSW, in relazione all'intensità attività fitoplanctonica; la concentrazione relativamente elevata nella CDW fa pensare che materiali più refrattari siano in grado di complessa re lo Zn.
Si può dire che le masse d'acqua osservate nel Mare di Ross, che sono prodotte prevalentemente da processi fisici, sono differenziate nella composizione chimica per componenti maggiore ed elementi in traccia. A questa differenza contribuiscono diversi fenomeni stagionali, le cui caratteristiche sono in parte mantenute nella stagione successiva.
Poiché le masse d'acqua prodotte nell'Oceano Meridionale influenzano la composizione delle
acque dei principali oceani, si può dire che i fenomeni stagionali, che hanno luogo nel Mare di
Ross, possono influenzare la distribuzione generale dei metalli in tracce. Ovviamente, la definizione del peso di questi processi sulla distribuzione degli elementi in traccia richiede ulteriori studi.
Different water masses can be identified in the western sector of the Ross Sea, Southern
Ocean. These water masses, important for the oceanic circulation, are developed from the
interaction between the Circumpolar Deep Water (CDW) and the shelf waters. The High Salinity
Shelf Waters (HSSW) are developed in a polynia area, close to the Drigalsky Basin, during the
austral winter. The Iced Shelf Waters (ISW) is characterized by temperature under the freezing
point, it comes out under the Ice Shelf and it is mainly present in the center of the western sector
of the Ross Sea. Together with the ISW, HSSW help to form the Antarctic Bottom Waters (AABW).
All these water masses deepen because of density and affect the formation of the oceanic bottom
waters. During the austral summer, the Antartic Surface Water (AASW) is developed from the
mixing of waters, which are thawing from the ice pack and the Ice Shelf. The physical, chemical
and biological processes, which are present at the Ross Sea and affect the water masses
composition, affect the distribution of some trace metals.
In this study, the distribution of total dissolved metal and the speciation of trace elements,
such as cadmium, lead, copper and zinc, will be discussed.
During 3 oceanographic campaigns (1994 - 98) in the area enclosed by 166°E - 165°W
longitude and 71°S - 78°S latitude sampling of subsurface waters were carried out. In the 2000 -
01 campaign sampling at ten different quotas along the water column, in four different sites in the
Western Ross Sea, was carried out, so as to sample and characterize the different water masses
present in the Ross Sea. Sampling was carried out using Closed - Open - Closed bottles (GoFlo,
General Oceanics, USA),by means of a Kevlar wire; bottles are Teflon coated, previously cleaned
and conditioned so as to minimize contamination. All the procedures to minimize contamination
during the sample handling and the sample analysis were adopted.
The electro - analytical techniques used in this study are: the anodic stripping voltammetry
(DPASV) and the cathodic stripping voltammetry with competitive ligand (CLCSV).
Cadmium and Zinc have a nutrient - like distribution, ruled by regeneration processes in
deep waters. Lead has a scavenging - like distribution, while Copper has an intermediate
distribution, characterized by continuous scavenging along the water column, to whom a flux from
the sediments, caused by a precocious diagenesis, is overlapped.
The results for the total dissolved metal observed for the elements studied are in agreement
with their geochemical properties and with the value observed in the Weddel Sea and in other
areas of the Southern Ocean.
The speciation of this element underlines that Cd, Pb and Zn are complexed by a single class
of ligands, while Cu is complexed by two classes of ligands: one is stronger, named L1, and the
other is weaker, L2. Taking into consideration the different water masses in the Ross Sea and
distinguishing them by salinity and temperature, Cd ligands - of biological origins - show a higher
concentration in the AASW, compared to HSSW and CDW; this distribution is linked to
phytoplanktonic activity in surface waters, along the coastal areas, and to the bacterial degradation activity in deep waters, like CDW and HSSW, which have low concentrations despite their recent formation. The distribution of Pb ligands, produced by the degradation of organic matter, is
homogenous and underlines its refractory nature. The weaker ligand L2 of Cu has a homogenous
distribution, compared to the stronger ligands class, with characteristics similar to those observed
for the material, which may complex lead. The distribution of Zn ligands show a higher
concentration in AASW compared to HSSW, linked to the intense phytoplanktonic activity; the
relatively high concentration observed in CDW may be related to more refractory material, which
may complex Zn.
Different water masses, observed in the Ross Sea, are produced mainly by physical
processes and they may be differentiated by chemical composition for major elements and for
trace elements. Several seasonal phenomena, which may maintain the acquired properties in the
next season, contribute to this difference, as well.
Since these water masses may affect the composition of the main ocean waters, seasonal
phenomena, happening in the Ross Sea, may have an effect on the general distribution of trace
metals. Obviously, further studies to define the weight of these processes on the trace elements
distribution are necessary.