Genel su sütunu özellikleri ağırlıklı olarak Akdeniz karakteristik özelliklerini yansıtmaktadır. Yaz aylarında kuvvetli tabakalaşma, yüzeyde nispeten tükenmiş besin tuzu konsantrasyonlarını ifade ederken, kış aylarında ise iyi karışmış su sütununu temsil etmektedir. Örneklemenin yapıldığı alan, Kilikya Akıntısının etkisi altındadır ve Lamas Nehri adı verilen nehirden tatlı su girişi etkisindedir. Lamas Nehri'nin yanı sıra, daha büyük ölçekli Göksu Nehri de ETS istasyonlarına yakındır ancak örnekleme istasyonuna muhtemel etkisinin kanıtı henüz sağlanmamıştır.
Lamas Nehri, örnekleme bölgesini etkileyen diğer nehirler için de gözlemlendiği gibi ilkbaharda daha yüksek hacimlerde tatlı su deşarj etmektedir (Koçak vd., 2010). Lamas Nehri’nin yıllık ortalama su deşarjı, Göksu (45 m3/s), Seyhan, Ceyhan ve Berdan gibi diğer nehirlere kıyasla 3 m3/s ile en düşüktür. Lamas Nehri bölgenin deşarj havzası içinde bulunan en az kirli nehir olarak rapor edilmiştir. Çok düşük amonyum ve fosfat konsantrasyonları (sırasıyla 0,4 ve 1 uM) ve yüksek nitrat konsantrasyonları (101 uM) olduğu görülmüştür (Koçak vd., 2010).
Bu bölümde, 2014 ve Ağustos 2017 tarihleri arasında ETS izleme çalışmaları sırasında toplanan veriler kullanılarak, su sütunundaki farklı istasyonlar için (kıyıdan açığa) tuzluluk ve sıcaklık profilleri açısından mevsimsel değişimler ele alınacaktır.
ETS istasyonlarındaki su sütunu, yıllık bir soğutma ve ısınma döngüsü gösterir. Su kolonunun ısınması Nisan başları civarında başlar ve yaklaşık olarak Ekim sonuna kadar devam eder (Şekil 5). Termoklin derinliği yaz aylarında daha derin istasyonlarda 40-80 m arasında değişkenlik göstermiştir, T = 27.5 C ve S = 39.3 - 39.5 (Şekil5 ve Şekil 6). Tüm istasyonlarda 20m'den 200m'ye kış karışımı hakim olmuş ve Akdeniz'in genel özelliklerinden olan yaz aylarında tabakalaşma açık istasyonlarında gözlenmiştir.
Yaz döneminde, 20m istasyonundaki tüm su kolonu, Nisan-Mayıs ayları arasında kademeli olarak ısınmakta ve Kasım ayından itibaren soğumaktadır. Toplam su sütunu derinliği sığ olduğundan, diğer gözlem istasyonlarında olabileceği gibi yaz tabakalaşması gözlenmemiştir. Bununla birlikte, 100m istasyonundan başlayarak yaz tabakalaşması izlenmektedir (Şekil 5). Tüm istasyonlarda, 2014 yazında daha derin termoklin gözlemlenirken, diğer yıllara kıyasla ekstra ısınma nedeniyle 2015 yılında daha yüzeye yakın olduğu görülmüştür. Termoklin derinliği 2014-2017 yılları boyunca ETS-200'de 40 ila 80m arasında değişmektedir ve 2014 yılı yaz aylarında YSS (Yüzey Suyu Sıcaklığı) ortalamalarının 2015 yaz YSS'den daha düşük olduğundan en derin termokline sahiptir.
Şekil 5 (devam)
Şekil 6 (devam)
ETS İstasyonları, özellikle kıyıya yakın konumlanmış ETS-20m’lik istasyon, Lamas Nehri'ne yakın konumdadır. Tatlı su girişinin varlığı ETS örnekleme istasyonlarının tuzluluk ve sıcaklık profillerini etkilediği düşünülmektedir (Şekil 6). İstasyonların dördünde (kıyıdan açığa doğru) mevcut olan tatlı su girişi, özellikle kıyıdan ETS-20m istasyonunda baskın olarak Şubat-Nisan 2015 döneminde görülmektedir. Bu nispeten daha az tuzlu su, Şubat ve Mart aylarında nispeten kıyı istasyonlarında, ETS-20, 50 ve 75'de gözlemlenmiştir. Nisan-Mayıs ayları arasındaki düşük tuzluluk profili (ETS-20m yüzeyinde 35.6), ETS-200m’lik istasyonda ancak ilk 6m’lik su sütununda gözlenmiştir. 6 Mayıs 2015'te ETS-200m istasyonunda, yüzeyde 37,2 psu olarak düşük tuzluluk suyu gözlenmiştir. Bu su kütlesi muhtemelen aynı tarihte (yüzeyde yüksek) türbidite profilinden anlaşılabileceği gibi Lamas Nehri'nin ETS-200m’lik istasyona girdisidir (Şekil 7).
Bu düşük tuzlu suyun Lamas Nehri’nden kaynaklandığına güçlü bir destek de, Şekil 8'deki yağış verisinden anlaşılabilmektedir. Yağış miktarlarının Nisan ve Mayıs aylarında ETS-200m istasyonu üzerinde baskın olmadığı, ancak kara üzerinde yüksek düzeyde meydana geldiği görülmektedir. Mayıs 2015'te, K-KD sektöründe olan hakim rüzgar yönü nehir suyunun ETS-200'e kadar taşınmasına sebebiyet vermiştir (Şekil 9). Mart 2017’de elde edilen tuzluluk profilinde ise, Lamas nehrinin etkisinin sadece kıyıya yakın istasyonlarla sınırlı kaldığı görülmektedir.
Hâkim rüzgar yönü yine K-KD'den olmakla birlikte, GB'dan gelen rüzgarlar Mart 2015'ten daha sık ve daha güçlüdür. Grafiklerde aylık değerleri gösterilen rüzgar verileri, ETS istasyonlarının yaklaşık 60 km batısında, Taşucu'ndaki meteorolojik ölçümlerden alınmıştır. Rüzgar gülü çizimleri, rüzgarın belirli yönlerden kaç kez estiğini belirtmektedir.
Tatlı su kütlesinin ETS-200m istasyonuna ulaştığı Şubat 2015'ten Mayıs 2015'e kadar görülen rüzgar yönü ve hızı, Lamas Nehri tatlı su girdisinin ETS-200m istasyonuna hareketini destekleyen yönlerden esmektedir (Şekil 9-a, Şubat ve Nisan 2015 rüzgar verisi gösterilmemiştir). Mart 2017'de hakim rüzgar yönü ve kuvveti, 2015 Mart'ına kıyasla ters yönden gelmektedir (Şekil 9(b)), bu nedenle Lamas Nehri etkisi, ETS'nin nispeten açıktaki istasyonlarına ulaşamamıştır.
Sonuç olarak, baskın rüzgar yönü ve hızı, şiddetli yağmurla birlikte çalışma alanındaki kıyı istasyonlarına tatlı su girdisinin belirleyici faktörüdür. Bir diğer yandan, Değişmiş Atlantik Suyu, özellikle Levant Baseni'ndaki güçlü tabakalaşma dönemlerinde özellikle Levant Yüzey Suyu altındaki daha az tuzlu suların kaynaklarından biridir.
Şekil 9.(A) Mart 2015 ve (b) Mart 2017 tarihlerinde Taşucu-Silifke'de baskın rüzgar yönleri ve hızları ölçümleri. Lütfen rüzgar yönlerinin geldiği yön olarak verildiğini ve kuzey yönünün 348,75 - 11,25 arasında değişen yönlerde verildiğini unutmayın. Y ekseni her rüzgar yönünden esen rüzgarın sayısıdır. “Wind Speed” olarak verilen açıklama rüzgar hızını temsil etmektedir (m/s).
Şekil 9 (devam)
Bu çalışmanın temel amaçlarından biri, ETS-200 m istasyonunun ekosistem ve heterotrofik bakteri topluluk dinamiklerini etkileyen ana faktörlerin anlaşılmasıdır. Bu bölüm, 16S rRNA mikrobiyal topluluk örneklemesi dönemi ile aynı zamana denk gelen Eylül 2016 ile Ağustos 2017 arasında toplanan verilere dayanarak ekosistem dinamiklerinin tanımına ayrılmıştır. Her bir biyojeokimyasal parametrede gözlenen mevsimsel değişiklikler tanımlanmıştır.
Yıl boyunca nitrat konsantrasyonları (NO3 + NO2) tüm dönem ve tüm derinlikler için 0,04 ve 1,81 uM (0,37 ± 0,40, ortalama ve standart sapma) arasında değişim göstermektedir. Su kolonunun ilk 100 m'sinde hiçbir dönemde 0,65 uM değerini aşan konsantrasyonlara rastlanmamıştır. Diğer taraftan, 100 m'nin altında, gözlenen konsantrasyonlar, minimum 0,21 ve maksimum 1,81 uM'ye ile nispeten daha yüksektir.
Sonbahar mevsiminde, 150m ve altı derinliklerde yüksek nitrat konsantrasyonları gözlemlenmiştir ve özellikle Ekim ayında 200m derinlikte, maksimum nitrat konsantrasyonu 1,81 uM olarak tespit edilmiştir. Daha derin su sütununda gözlenen konsantrasyondaki bu artış, üst su kolonunda gözlemlenen daha düşük konsantrasyonlara göre zıtlık oluşturmaktadır.
Ekim 2016'da 25 m derinlikte 0,08 uM gibi düşük konsantrasyon tespit edilmiştir. Konsantrasyonlar, kış karışımı sırasında nispeten homojendir, ancak gözlemlenen ortalama değerlerden 0,18 uM kadar düşüktür. Nisan-Haziran 2017 arasında, üst su kolonu (75 m derinlik üstü) düşük konsantrasyonlara sahipken daha derin sular nispeten yüksek nitrat konsantrasyonları sergilemektedirler (Şekil 10).
Toplamda, nitrat konsantrasyonlarının varyasyonunda üç farklı rejim açıkça görülmektedir. NO3 + NO2 konsantrasyonlarındaki keskin düşüş (0,08 ila 0,16 µM arasında değişmektedir) Eylül 2016'dan Kasım 2016'ya kadar 100m üstündeki derinliklerde görülmektedir. Bunu tüm su kolonu boyunca homojen olarak dağılmış konsantrasyonlar izlemiştir (kış dikey karışıma bağlı olarak). Ocak ve Mart 2017 arasında, NO2 + NO3 konsantrasyonları ilk 100m derinliklerinde 0.19 ile 0.51 µM arasında değişen daha yüksek değerler sergilemiştir.
Belirgin olan üçüncü rejim Nisan- Temmuz 2017 ayları arasında yüzey sularında açıkça görülmektedir. Bu dönemde konsantrasyonlar dramatik olarak düşerek (0,04-0,65, ortalama 0,12 µM) deteksiyon limitlerine yaklaşmıştır (0,04 µM).
Daha derin su sütununda (150 ve 200m profilleri), konsantrasyonlardaki artış Ağustos - Kasım 2016 ve Nisan 2017 - Ağustos 2017 arasında oluşan tabakalaşma ile uyum içerisindedir. Ocak ve Mart 2017 arasında, konsantrasyonlar dikey karışım sebebi ile homojendir (0,21-0,45 µM, ortalama ve SS; 0,32 ± 0,1).
Nitrit konsantrasyonundaki mevsimsel değişim (Şekil 11) nitratta olduğu gibi belirgin değildir. Yıl boyunca nitrit konsantrasyonları (NO2) 0,02 ila 0,81 uM (0,036 ± 0,025, ortalama ve standart sapma) arasında değişmektedir. Haziran 2017'de 150m derinlikte 0,18 uM'ye kadar yüksek konsantrasyonlar gözlemlenmiştir. Genellikle yaz aylarında 100 m derinliğin altında nitrit konsantrasyonları diğer mevsimlere göre artmıştır.
Tüm derinlikler ve mevsimler için amonyum konsantrasyonları 0 ile 0,45 uM arasında değişmiştir (0,17 ± 0,075, ortalama ve standart sapma). Genel olarak mevsimsellikten ayrı iki farklı rejim ortaya çıkmıştır (Şekil 12). Kasım 2016 ve Ocak 2017 arasında homojen profil sergilemektedir. Öte yandan, 100m derinliğin üzerinde, Kasım 2016 ile Ocak 2017 arasındaki dönem hariç, konsantrasyonlarda artış olduğu gözlenmektedir.
Şekil 12. ETS-200m istasyonunda Ağustos 2016 ile 2017 arasında Amonyum (NH4+) konsantrasyonları.
Yıl boyunca fosfat (PO4+) konsantrasyonları 0,02 (tespit sınırı) ve 0,12 (0,044 ± 0,021, ortalama ve standart sapma) arasında değişmektedir (Şekil 13). NO2 + NO3'te gözlendiği gibi, yüzey tabakasında yüksek değişkenlik gözlenmiştir.
Sonbahar mevsimi boyunca, sığ su kolonu daha düşük konsantrasyonlarda fosfat sunarken Ekim 2016'da, yüzeyde 0,1 uM ve 75 m derinlikte 0,06 uM gibi yüksek konsantrasyonların gözlemlendiği de görülmektedir. Bunun dışında konsantrasyonlar deteksiyon limitine yakındır.
Ocak ve Şubat 2017'de, iki farklı bölgede yüksek konsantrasyonlar gözlemlenmiştir; bir tanesi 25m ve 50m'lik yüzey derinliklerinde, diğeri ise 200m derinlikte idi. Konsantrasyondaki yükseklik, Mart ayında 100m derinlikte iken, üst su kolonu, fosfat açısından tükenmiştir.
Ocak-Mart döneminde PO4+, Kasım 2016'ya göre genel bir artış kaydetmiştir (0,03-0,07 µM). Nisan 2017'den itibaren, son derece düşük konsantrasyonlar Ağustos 2017'ye kadar kaydedilmiştir. Mayıs 2017'de 210m'de kaydedilen maksimum değer (0,12µM), aynı zamanda, örnekleme derinliği dibe çok yakın olduğu için sediman ile etkileşimin sonucu da olabilir.
Yıl boyunca ilk 100m'de, N / P oranı (NO2 + NO3 / PO4+'ün hesaplanan oranı) değerleri daima 16'nın altındadır ve bu da birincil üretimin üzerine N limitasyonunu göstermektedir (Şekil 14). Su tabakasının homojenizasyonunu gösteren kış döneminden farklı olarak derin tabaka, 16'nın kanonik Redfield oranına göre, P üzerine N’in fazlalık gösterdiğini işaret eder.
Akdeniz için literatürde bildirilen verilerle uyumlu olarak, 150m ve altı derinlikler N/P oranında, 9,5 ile 30,2 arasında değişmektedir.
N/P değerleri değerlendirirken, NH4+ 'un çözünmüş inorganik azota dahil olmadığı hatırlanmalıdır. Bununla birlikte, tüm yıl boyunca NH4 değerleri oldukça düşük olduğundan (~ 0,02 uM), N / P oranları üzerine önemli bir etkisi beklenmemektedir.
POK varyasyonları, operasyonel olarak, 0,7mm'den büyük parçacık boyutlarındaki karbon içeriğini temsil eder. POK konsantrasyonu, örnekteki 0,7 mm'den daha büyük olan canlı ve/veya ölü hücrelerin (zooplanktonlar ve daha büyük fitoplankton gibi) ve fekal peletlerin karbon içeriğini temsil eder. Yıl boyu değişimler Şekil 15’de verilmiştir. Yıl boyunca ve tüm derinliklerde, konsantrasyonlar 2,21 ila 11,64 uM (4,81 ± 1,72, ortalama ve standart sapma) arasında değişim gösterir.
Ağustos 2016’da, su sütunu 7 uM gibi yüksek konsantrasyonlar gözlemlenmiş ve özellikle 50 m derinlikteki örnekte 9,55 uM'ye kadar yüksek değerler izlenmiştir. 2017 Ağustos ayında ise su kolonunda bu gibi yüksek konsantrasyonlar gözlenmemiştir. Ancak, her iki yılda da Ağustos ayında alınan örneklerin dikey profildeki değişimin-trendin aynı olduğu tespit edildi.
Eylül ve Ekim 2016'da daha derin su sütunu (100m derinliğin altında) konsantrasyonların 5-6 uM olduğu ve ilk 100m derinliklerine kıyasla nispeten düşük konsantrasyona sahiptir. Bu yüksek konsantrasyonların, 2016 Ağustos ayında gözlemlenen ve batan partikülleri yansıttığı düşünülmektedir. En yüksek gözlemlenen konsantrasyon, 200 m derinlikte Ocak ayında tespit edilmiştir. Mart ayında, 25m ve 100m arasındaki derinlikler, yüzeylere ve daha derin su sütununa kıyasla yüksek konsantrasyonlara (~ 7uM) sahiptir. Nisan ayından başlayarak, su sütunundaki konsantrasyonlar genellikle 2 ila 5 arasındaydı ancak Haziran ve Temmuz 150 ve 200m derinliklerinde biraz daha yüksek değerlere rastlanmıştır.
Yıl boyunca POA değişimi çoğunlukla POK konsantrasyonları ile aynı eğilimi göstermektedir. PON konsantrasyonu 0,27 ve 1,32 uM arasında değişen konsantrasyonlarda ölçülmüştür (0,60 ± 0,22, ortalama ve standart sapma), (Şekil 16).
ETS-200m istasyonundaki toplam fosfat varyasyonu Şekil 17'da sunulmuştur. Konsantrasyon değerleri 0,09 ile 0,20 (0,14 ± 0,02, ortalama ve standart sapma) arasında değişim sergilemektedir. TF konsantrasyonunun belirgin bir mevsimsel değişim gözlenmemektedir.
Yıl boyu örnekleme sırasında en yüksek konsantrasyon değeri Eylül 2016'da, 50 m derinlikten alınan örnekte 0,2 uM olarak gözlenmiştir.
Ekim 2016'da yüzey ve 200 metre derinlik örnekleri sırasıyla 0,16 ve 0,15 uM gibi yakın değerlere sahiptir. Kasım 2016'da, su kolonunda 50m'nin altında yüksek konsantrasyonlar kaydedilmiştir. Kış karışım koşullarında, inorganik besinler nispeten homojen profillere sahiptir, ancak bu TF ölçümlerinde söz konusu değildir. Ocak ayında, TF konsantrasyonu Şubat 2017'den ile kıyaslandığında daha düşük değerlerle olarak temsil edilmiştir. Şubat ayında, yüzey suyu derin su kolonuna göre daha düşük TF konsantrasyonlarına sahiptir. İlkbahar mevsiminin başlangıcında, 100m örneği, Şubat ve Mart 100m derinliklerinde olduğu gibi zirve değerleriyle temsil edilmiştir. Mayıs ayından Ağustos 2017'ye kadar TF konsantrasyonları, 150 metrenin altındaki daha derin su sütununda artış göstermiştir. Temmuz ve Ağustos 2017'de, ilk 25m derinlik, daha düşük konsantrasyonlarda TF'ye sahip olmakla birlikte 50 m derinliğin altında ise daha daha yüksek konsantrasyonlara rastlanmıştır.
Şekil 18'da temsil edilen partikül formundaki fosfat (PF) varyasyonu, konsantrasyonların yıl boyunca tüm derinliklerde 0,004 ve 0,036 uM (0,014 ± 0,005, ortalama ve standart sapma) arasında değiştiğini göstermektedir. Ağustos 2016, 50m derinlik yıl boyunca gözlemlenen en yüksek PF konsantrasyonunu temsil etmiştir. PF'in yıllık profillerinde yakalanan üç mevsimsel model vardır. İlk eğilim, Eylül-Aralık 2016 arasında (geçiş dönemi), 100 m derinlik üzerinde, konsantrasyonların daha derin su kolonundan daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Tek istisnai durum, Ekim ayında 200m derinlikteki konsantrasyonlardaki yoğunlaşmadır; burada aynı zamanda nitrat konsantrasyonlarında da (Şekil 23) artış gözlemlenmiştir. İkinci eğilim ise, kış karışım periyodu sırasında ortaya çıkmıştır, homojen ve nispeten yüksek konsantrasyonlar, su sütunu boyunca yayılmıştır. Nisan ve mayıs aylarındaki profiller de geçiş döneminin özelliklerini temsil etmektedir. Son baskın eğilim, yaz aylarında su kolonunda nispeten düşük konsantrasyonlar olarak gözlenmiştir.
Sonbahar mevsiminde, ilk 100m derinliklerin yüzeyden daha yüksek değerleri vardır. Ekim 2016 hariç, 200m derinlikteki numune, yüzey suları olarak yüksek konsantrasyonlara sahipti. Ekim 2016, 200m derinlikteki örnek, yüksek nitrat konsantrasyonu ve yüksek heterotrofik bakteri bolluğu değerlerini temsil etmektedir. Kış aylarında su sütunu, 0,015 ile 0,025 arasında nispeten homojen konsantrasyonlara sahiptir. Genel olarak, yaz mevsimi, diğer mevsimlere göre daha düşük konsantrasyonlara sahip olarak özetlenebilir, sırasıyla 0m ve 25m derinliklerinde kaydedilen 0,02 ve 0,03 uM değerleri hariç.
Şekil 18. ETS-200m istasyonunda Ağustos 2016 ile 2017 arasında PF konsantrasyonları
Çözünmüş Organik Fosfat konsantrasyonlarındaki değişim belirgin bir mevsimsellik göstermemektedir (Şekil 18). Ayrıca derinliğe bağlı bir artış ya da azalma da gözlenmemiştir. Bu durumun farklı mekanizmaların ÇOF konsantrasyonları üzerine faklı dönemlerde etki etmesine bağlı olduğu düşünülmektedir (Bakterilerin inorganik fosfat yokluğunda organik fosfat kullanımlarına yönelmeleri gibi).
Yıl boyunca çözünmüş oksijen konsantrasyonları 196,8 uM ila 251,14 uM arasında değişmektedir (227,75 ± 13,68, ortalama ve standart sapma). Veri setinde iki farklı eğilim baskındır (Şekil 19). Bir dönem mevsimlerden sonbahar, ilkbahar ve yaz aylarını kapsarken, diğer dönem kış mevsimini kapsamaktadır. Ağustos-Kasım ve Mayıs-Ağustos dönemini kapsayan dönemde, en üst tabakadaki konsantrasyonlar (sırasıyla ilk 50 ve 10 metre) daha düşük konsantrasyonları göstermektedir. Derinlere inildikçe konsantrasyonlar gittikçe artmakta ve daha sonra daha derin su sütununda azalmaktadır. İkinci dönemde ise, kış karışımını kapsar, dikey profillerde nispeten aynı konsantrasyonlar belirgindir.
Sonbahar mevsiminde örneklenen yüzey sularının ilk 25m'inde, oksijen yoğunluğu, ilgili dönemde 25 m'nin altındaki sulara kıyasla düşüktür. Ekim 2016'da 200m derinlik, Ağustos 2017 yüzey sularından sonra ikinci en düşük oksijen konsantrasyonuna sahiptir. Bu örneğin ayrıca en yüksek nitrat ve silikat konsantrasyonlarına sahip olduğu tespit edilmiştir. Su sütunu kış döneminde iyice karıştığından, oksijen konsantrasyonları nispeten homojen dağılım göstermektedir. Mayıs-Ağustos 2017 arasında 50m derinlikteki bölge, artan oksijen konsantrasyonları sunar ve bu yüksek konsantrasyon bölgesi, Ağustos 2017'de 100 m derinliğe kadar uzar. Ağustos 2017'de, en yüksek gözlemlenen oksijen konsantrasyonu 251,15 uM olarak temsil edilir.
Toplam klorofil konsantrasyonları tüm periyotlar için çok düşük olarak kaydedilmiştir (Şekil 20). En düşük 0,01 ug/l ve maksimum 0,25 ug/l (0,066 ± 0,048) değerleri gözlemlenmiştir. Klorofil konsantrasyonlarındaki mevsimsel değişim, sonbahar, ilkbahar ve ağustosta Akdeniz için tipik olan DKM (derin klorofil maksimum) oluşumunu desteklemektedir. Diğer taraftan, tüm su kolon derinliklerinde en yüksek toplam klorofil konsantrasyonu kış aylarında gözlemlenmiştir, daha derin su en yüksek konsantrasyona sahiptir (Şekil 20). Nitrat profillerine bakıldığında (NO3+NO2) kış ayları dışında üst su sütununda tükenmiştir, klorofil-a konsantrasyonu da düşüktür.
Bir yıllık gözlem boyunca 200m istasyonunda heterotroprofık bakteriler bolluğu ve biyokütle, Şekil 21 ve Şekil 22 'de gösterilmiştir. Hücrelerin sayısı (ml’de), tüm aylar ve derinlikler boyunca 75276 ve 627805 arasında değişmiştir (334613,3 ± 138271,869, ortalama ve standart sapma). Heterotrofik bakteriyel bolluk hücre/ml ve biyokütle cinsinden özellikle Ocak 2017'de (kış aylarında) daha yüksek değerleri temsil etmektedir. Yüksek bolluk değerleri Ocak 2017 yanı sıra, Temmuz ayı yüzey ve 25 m derinlik örneklerinde ve Ağustos 2017’de ilk 100m derinlikteki su sütununda gözlemlenmiştir. Genel olarak, kış dönemi dışında, bakteri bolluğu yüzeyde daha yüksek ve daha derin su sütununda nispeten daha azdır. Gözlemlenen önemli bir artış, Ekim 2016'da 200m derinliğinde gerçekleşmiştir. Önceki bölümde de tartışılan bu örnek, remineralizasyon işlemine işaret eden yüksek N/P oranı, nitrat ve görece daha düşük oksijen konsantrasyonları ile çakışmaktadır.
Bir diğer yandan, Ağustos 2016 yüzey bollukları Ağustos 2017’ye göre daha düşük bulunmuştur. Ağustos 2016 ile 2017 arasındaki POK konsantrasyonlarına bakıldığında da 2016 yılı Ağustos ayında yüksek bir konsantrasyon gözlemlenmiştir (Şekil 15).
Synechococcus siyanobakterisinin bolluğundaki (hücre / ml ve mgK / m3) mevsimsel değişim Şekil 23 ve Şekil 24'da verilmiştir. Hücre sayısında görülen varyasyon minimum 481'den maksimum 129183'e (24224,2 ±17120,6, ortalama ve standart sapma) kadar değişmektedir.
Eylül'den Kasım 2016'ya kadar olan sonbahar sezonunda, Synechococcus cinsinin hücre ve biyokütle değerleri bakımından bolluğu, 50 m'den alınan bir örnek dışında, daha derin su kolonuna (50 m'nin altında) kıyasla, yüzeyde daha yüksek kaydedilmiştir.
Bolluk değerlerine bakıldığında sonbaharda 50 metrelik derinlikteki örnekler en düşük olarak gözlemlenmiştir. Kış döneminde, yüzey örnekleri bollukları en yüksek değerlerle temsil edilmiştir. Ocak 2017'de 50 m derinliğin altındaki hücre/ml ve biyokütle cinsinden bolluğu, nispeten daha düşük değerleri temsil edilmekte, ancak 3 x104 gibi düşük değerler diğer mevsimlerde ve derinliklerde gözlemlenen yüksek değerlere karşılık gelmektedir. Mayıs'tan Ağustos'a kadar, Synechococcus siyanobakterisinin bolluğu yüzeyde daha derin su sütununa göre daha yüksektir. Bununla birlikte, Mayıs ayında ve özellikle Ağustos ayında 100m derinlikte, yüzeyde gözlenen değerler civarında bolluk artmıştır. Bu aynı zamanda toplam klorofil konsantrasyonlarındaki artışla da örtüşmektedir.
Yıl boyunca diatom bolluğu (hücre/l) 80 ila 473528 (17708,3 ± 76698,4, ortalama ve standart sapma) arasında değişmektedir. Şekil 25'den de görüldüğü üzere, bolluktaki değişim oranı yıl boyunca yüksektir.
Ağustos ve Eylül 2016'da 50m derinlikteki örnekler yüksek biyokütle değerleri ile temsil edilmiştir (sırasıyla 33200 ve 4400 hücre/l). 100 metrenin altında ise, diotom hücrelerinin biyokütlesi yavaş yavaş azalmaktadır. Ekim 2016'da, iki derinlikte, yüzeyde ve 100m derinlikte, diatom biyokütlesinde yüksek bolluk (sırasıyla 3680 ve 4720) gözlemlenmiştir. Kasım 2016’da yüzeyde maksimum değerler kaydedilirken (1120 hücre/l ve 2,2 mgC/m3) en düşük değer 200m derinliğinde 440 hücre/l olarak gözlendi. Kış karışımında, Ocak-Mart 2017 döneminde (Şubat ayı 100m’nin altındaki derinlikler hariç), biyokütle değerleri 640 ile 77152 hücre/l arasında değişmektedir. Şubat 2017'de 100m, 150m ve 200m derinliklerinden toplanan örnekler litre başına oldukça yüksek sayıda diatom hücresi içermektedirler (sırasıyla 473528; 449440; 207480). Öte yandan, toplam klorofil- a ölçümlerinde bolluk artışında görüldüğü gibi yüksek bir artış görülmemiştir (Şekil 20), bu nedenle bu örnekler dikkatle tartışılmalıdır.
Nisan ayında, biyokütlenin homojen dağılımı gözlenirken, 50m derinlikli örnekte hafif bir artış görülmüştür (8720 hücre/l). Mayıs 2017'nin yüzey suları, 50 m'nin altındaki derinliklerden daha yüksek biyokütle değerlerini göstermektedir. Yaz sezonu, Ağustos 2017 yüzeyi ve 200 metre derinliğindeki sular hariç, genel olarak en düşük biyokütle değerleri ile temsil edilmektedir.
Şekil 25. Ağustos 2016 ve Ağustos 2017 boyunca ETS-200m istasyonunda mgC / m3 olarak biyokütle diyatom bolluğu. Bolluk değerleri yüksek varyasyona sahip olduğundan, biyokütle değişikliklerinin daha iyi temsil edilmesi için izoklinler eklenmiştir.
Yıl boyunca ve tüm derinliklerde Coccolithophoride bolluğu ve 59,402'den 460,288'e (203.291,4 ± 89.869,2, ortalama ve standart sapma) arasında değişmektedir. Şekil 26'den görüldüğü üzere, bolluktaki mgK/m3 cinsinden varyasyon iki farklı eğilim sunmaktadır. Ağustos-Kasım ayları arasındaki dönemde, 50m derinliğin üzerindeki bolluk, Ekim 2016'daki 100m derinliği örneği dışında, daha derin su kolonundan daha yüksek olmuştur. Kış dönemi, gözlenen bolluk değerleri dikey derinlikler boyunca homojen olarak temsil edilmiştir. Bu periyodu, Temmuz 2017'nin 100m derinliğinde gözlemlenen minimum hücre bolluğu (117,856 hücre/l) izledi ve maksimum değer, Nisan 2017'nin 25m derinlikli örneğinde bulundu (460,288 hücre / l). Ağustos 2016 ile Kasım 2017 arasında, Coccolithophoride bolluğu derinlik ile azalan profili temsil etmektedir. Bununla birlikte, Ocak ayından itibaren dikey bir değişim paterni gözlemlenmemiştir.
Dinoflagellatların bolluğundaki değişim Şekil 27'de verilmiştir. Litrede 40 kadar düşük hücre değerleri gözlemlenmiş ve en yüksek bolluğu 31,440’dir (7210,6 ± 5876,9, ortalama ve standart sapma). Haziran 2017 200m derinlikte minimum bolluk değeri görülmüştür, maksimum bolluk Eylül 2016'da 50 m derinlikten alınan örnekte gözlemlenmiştir. 2016 yılı ağustos ayında 25 m'nin üstündeki derinliklerde bolluk yüksek ve daha derinlerde ise azalmaktadır. Eylül ayında, biyokütle değerleri mgC/l cinsinden ilk 50m'de 30'un üzerinde tespit edildi ve derinlikle 3 mgK / l'ye düşmüştür. Eylül ayında, biyokütle değerleri mgC/l cinsinden ilk 50m'de 30'un üzerinde tespit edildi ve derinlikle birlikte 3 mgK/l'ye düşmüştür. Eylül ayında gözlemlenen yüzey pik değerleri Ekim ayında azalmaktadır. Ekim ayında alınan 100 m derinlikli örnek 2 mgK/l'nin altında iken, 200m derinlikteki numunenin bolluğunun >7 mgK/l olduğu tespit edildi. Kasım ayında, artan derinlik ile bolluk azalmaktadır. Şubat ve Mart 2017 karşılaştırmalı olarak homojen profiller gösterirler, ancak Ocak ayı kış karışım dönemi için bir istisnadır. Ocak ayındaki bolluk değerleri, ilk 100m’lik örneklerde, 150m ve 200m derinliklerine kıyasla yüksektir. Ocak ayında en yüksek bolluk 25 m derinlikte 8224 hücre/l iken, minimum 200m derinlikte 360 hücre/l olarak gözlenmiştir. Nisan 2017 dikey profili de en az bolluk 200m derinlikte olacak şekilde aynı eğilime sahiptir. Mayıs 2017, 200m derinlikli numunenin (8672 hücre/l) 150m derinlikli numuneden (160 hücre/l) daha fazla olduğu, ancak 100m derinlikteki örnekten daha az olduğu bir başka istisna olarak kaydedilmiştir. Haziran ve Temmuz 2017'de, ilk 50 m, daha derin su kolonundan daha yüksek bolluklar sunmaktadır. Ancak, Ağustos 2017'de 100 m derinliğe kadar daha yüksek biyokütle değerleri gözlemlenmiş ve daha sonra kademeli olarak azalmıştır.
Cryptophyte hücrelerine, Kasım ayı 25m, 50m ve 200m derinliklerindeki örneklerde olduğu gibi bazı örneklerde rastlanmamıştır. Hücre/l cinsinden bolluk değerleri sıfır ile 59,392 (17,842 ± 14,735, ortalama ve standart sapma) arasında değişmektedir. Belirgin olarak üç farklı eğilim tartışılabilir. Sonbaharda, Ekim 2016'da yüzey-altı artışı dışında, bollukların düşük olduğu belirgindir. Ocak ve Mart 2017 arasında, bolluklar yüzeyde (25 metreye kadar) ve 100 m derinliğin altında yüksektir. Nisan ve Haziran 2017 tarihleri arasında, Cryptophyte bolluğu, artan bir derinlik ile azalan düşme eğilimi göstermektedir. 2017 yılı Ağustos ayında, 25m derinliğinden 100m derinliğe kadar yüksek miktarlarda hücre sayısı rapor edilmiş ve derinlikle azalmaktadır. Ağustos 2016'da, Ağustos 2017'de görüldüğü gibi, yüzey suları 25 m derinliğe göre daha az bolluğa sahiptir (Şekil 28).
ETS-200m derinlik istasyonunda gözlemlenen fitoplankton grupları arasında, tüm örnekleme derinliklerinde ve periyotlarında Dictyochale en az rastlanan gruptur. 66 örnekten 37'sinde Dictyochale hücreleri görülmemiştir (Şekil 29). Ağustos 2016'da 50m’den alınan örnekte maksimum bolluk (320 hücre / l) tespit edilmiştir.
Modelin rahatlatma (relaxation) yöntemi ile ölçüm değerlerine itilmesi modelin ölçümlere yaklaşmada yüksek başarısının ana nedenidir. Burada önemli başarı kriterlerinden biri modelin ölçüm olamayan zamanlarda ürettiği sonuçların beklenen değer aralığında olmasıdır ve modelin bu hususta başarılı olduğu görülmektedir. Ayrıca model ölçülmeyen ancak biojeokimyasal model öğeleri için önem taşıyan değerler için de veri sağlamaktadır. Bu değerlere örnek besinlerin ve canlıların su kolonundaki taşınımını sağlayan türbülanslı kinetik enerjidir.
Model çıktıları Akdeniz’in bu bölgesi için tipik bir döngü sergilemektedir. Mayıs-Haziran aylarında yüzey suları ısınır ve bu sebeple ortaya çıkan yoğunluk azalması tabakalaşmaya neden olur. Örnekleme periyotu başında termoklinin yaklaşık 30 metrede, yine Ağustos ayına denk gelen son ölçümlerde de 15-20 metrede olduğu görülmektedir. Ekim-Ocak aylarında artan rüzgarlar ve düşen su yüzeyi sıcaklıkları termoklinin erimesine neden olur ve Şubat-Mart aylarına gelindiğinde bu erimenin tamamlandığı ve su kolonunun neredeyse tamamen karışmış olduğu görülmektedir.
ERSEM modeli ile daha önce yapılan bir modelleme çalışmasından kullanılan parametre seti ile Yöntem bölümünde açıklanan başlangıç koşulları kullanılarak çalıştırılan modelin tahminlerinin ölçümlerle karşılaştırılması Şekil 30 ‘da sunulmuştur. Model kış aylarında yüzeye yakın klorofil değerlerini ölçümlere kıyasla daha düşük, yaz aylarında yüzey altı (50-100m) klorofil değerlerini ise yüksek tahmin etmektedir. Bunun nedeni modelde herhangi bir zamanda yüzeyde kayda değer değerlere ulaşan tek türün Pikofitoplankton olması ve bu türün de biyokütle olarak yüksek değerlere çıkmamasıdır. Bunun aksine model tarafından yaz ayları için tahmin edilen Derin Klorofil Maksimumu (DKM)’ndaki yüksek klorofil değerleri modelin bu derinlik ve zamanlarda nanofitoplankton ve diatomların biyokütlelerini yüksek tahmin etmesinden kaynaklanmaktadır. Ölçümlerin aksine model mikrofitoplankton için örnekleme süresinin başı dışında düşük değerler sergilemektedir. Model oksijenin genel dinamiklerini doğru tahmin edebilse de yaz ve sonbahar aylarında yüzey altı değerleri ölçümlerin üstündedir ve bu zamanlardaki nanofitoplankton ve diatom biyokütlesinin yüksek tahmin edilmesinden kaynaklanmaktadır. Ölçümlere bakıldığında yaz-sonbahar döneminde yüzeye yakın sularda oksijenin göreceli olarak düşük olduğu gözlemlenebilir ancak model bu değerleri ölçümlerden yüksek tahmin etmektedir ve bunun nedeninin modelde pikofitaplankton biyokütlesinin bu dönemlerde ölçümlere kıyasla yüksek tahmin edilmesidir. Model inorganik besin tuzları nitrat, fosfat ve silikat’ı 75-150m arasında ölçümlerden yüksek tahmin etmektedir ve nanofitoplankton ve diatomlarda görülen yüksek biyokütlenin bu nedenle oluştuğu düşünülmektedir. Amonyak ölçümlere kıyasla modelde düşük değerlerde seyretmektedir. Bunun ve 75m derinliğin altındaki anorganik besin değerlerinin ölçümlere kıyasla yüksek olmasının yüksek nitrifikasyon ve fosfat dönüşümünden (remineralizasyonundan) olduğu düşünülmektedir.
MODEL ÖLÇÜM
Şekil 30. Literatürden alınan parametre değerleri ile yapılan simülasyon tahminleri ile ölçülen değerlerin karşılaştırılması.
Kullanılan bu parametre seti ile genel olarak biyojeokimyasal modelin performansının düşük olduğu görülmektedir. Model fitoplankton dinamiklerini, oksijen kullanımını ve remineralizasyon süreçlerini doğru tahmin edememektedir. Bunun birkaç nedeni olduğu düşünülmektedir. Bunlardan biri biyojeokimyasal model parametrelerinin ETS istasyonu için kalibre edilmemiş olmasıdır. Parametre tahmini bu performans düşüklüğünü bir kademe gidermektedir. Diğer bir unsur ise başlangıç koşullarındaki belirsizliktir[sk1] . Bu belirsizlik ölçüm değerlerindeki deneysel belirsizlikten ve ölçüm yapılan değerleri modelin kullandığı birimlere çevirirken yapılan varsayımlardan kaynaklanmaktadır. Fitoplankton türleri ve heterotrofik bakteriler modelin birimi olan biyokütle olarak değil bolluk olarak ölçülmüş ve literatürden bulunan çarpanlar ile tahmini biyokütleye dönüştürülmüştür. Zooplankton türleri için ise hiç veri bulunmamaktadır ve başlangıç koşulları tamamen tahminidir. Bunun yanı sıra çözünmüş organik madde için kullanılan değerler toplam azot ve toplam fosfor değerlerinden partikül organik madde ve inorganik azot ve fosforun çıkarılmasından elde edilmiştir. Farklı yöntemlerle ölçülen değerlerin birbirinden çıkarılarak elde edilmeleri çözünmüş organik madde değerlerinde belirsizliklere neden olmaktadır. Başlangıç koşullarındaki azot, fosfor, karbon ve silikon miktarlarının ve model öğeleri içinde dağılımlarının ölçümlerden uzak olması model simülasyonunun ileri tarihler için yaptığı tahminlerin de ölçümlerden uzak olmasına neden olmaktadır.
Biyojeokimyasal model, temsil ettiği süreçlerin hızlarını ve bu süreçlerin hızlarının model öğelerinin derişimleriyle nasıl değiştiğini kontrol eden birçok parametre içermektedir. Parametre tahmin sistemi kullanılarak bu parametreler ETS 200m istasyonu için kalibre edilmiş ve modelin yapısı elverdiği miktarda ölçümlerle tahminlerin farkını en düşük kılan parametre değerleri elde edilmiştir. Sistem sonuç parametrelere ulaşmak için 10 optimizasyon iterasyonu gerçekleştirmiştir ve objektif fonksiyonunda %30’luk bir azalma elde edilmiştir.
Parametre tahmin sistemine başlangıç koşulu olarak verilen parametreler, objektif fonksiyonunu minimize eden parametreler ve bunların yüzdelik farkları Tablo 15’de verilmiştir. Yeni fitoplankton türleri tahminlerine bakıldığında mikrofitoplankton biyokütlesinde kayda değer bir iyileşme olduğu görülmektedir. Başlangıç parametre setiyle yapılan simülasyonlarda mikrofitoplankton örnekleme dönemi başı hariç hiçbir dönemde biyokütleye sahip değilken yeni parametrelerle yapılan simülasyonda ölçümlere yaklaştığı gözlemlenmektedir. Ancak ölçümlerde şubat ayında deniz tabanında görülen biyokütle artışı model tarafından tahmin edilememiştir ve bu tüm fitoplankton grupları için de geçerlidir. Tüm fitoplankton gruplarında görülen bu artışın model tarafından temsil edilemesin nedeni olarak iki olasılık düşünülmektedir. Bunlardan biri burada sayılan hücrelerin ölü hücre olma ihtimalidir. İkinci bir ihtimal ise modelin bentik modülü olmaması nedeniyle karışım döneminde deniz tabanından su kolonuna karışan besin ve organik madde miktarını doğru tahmin edememesidir.
Model başlangıç parametre setinde olduğu gibi diatom biyokütlesini sadece ölçüm süresinin başındaki patlamada doğru tahmin edebilmiştir. Şubat-Mart aylarında su kolonu boyunca görülen yüksek biyokütle model tarafından temsil edilememiştir ve bunun olası nedenleri bir önceki paragrafta verilmiştir. Pikofitoplankton değerleri bu parametre setinde de ölçülenden yüksektir. Ancak Ağustos-Kasım ayları arasındaki tahminlerde iyileşme vardır. Nanofitoplanlton patlamalarındaki zamanlama yeni parametre setinde eskisine göre daha doğru tahmin edilmiştir ancak modellenen değerler ölçülenlerden yüksek kalmıştır.
Yeni parametre setiyle yapılan simülasyonlarda fitoplankton gruplarındaki iyileşme klorofil değerlerine de yansımıştır. Model yeni parametre setiyle Ağustos-Ocak ayları yüzey suları klorofil değerlerine daha iyi yakalayabilmiştir. Ancak eski parametre setinde olduğu gibi model tahminleri ölçümlere göre yüksektir ve karışım ayları olan Subat ve Ocak’ta ölçümlerde görülen yüksek değerler temsil edilememiştir. Aynı şekilde fitoplankton gruplarındaki iyileşme oksijen tahminleri için de olumlu bir etki yaratmıştır. Oksijen değerleri yeni parametre setinde neredeyse her dönem ve derinlikle ölçümlere daha yakındır.
Yeni parametre seti inorganik besin tuzları değerlerinde de ölçümlere yaklaşmayı sağlamıştır. Başlangıç parametre setinde bu öğelerde 75-150m arasında gözlemlenen yüksek değerlerin gözlemlere yakınlaşarak düştükleri görülmektedir. Özellikle amonyum, fosfat ve silikat ölçülen değerle kaydı değer bir miktarda yaklaşmıştır. Bu durum nitrat için de geçerli olsa da nitrat değerleri Aralık ve Temmuz aylarında yüksek yüzey değerleri sergilemektedir.
Parametre tahmin sistemi ile tahmin edilen parametre değerleri kullanılarak yapılan simülasyonun nitrifikasyon hızı için yaptığı tahminler proje kapsamından izotop yöntemi ile yapılan ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Model yaklaşık değerleri ve yüzey suları ile derin sular arasındaki farkı doğru temsil edebilmiştir ancak görüldüğü üzere ölçülen değerler modellene göre daha fazla değişkenlik göstermektedir.
Genel olarak parametre tahmin sistemi ile değerleri bulunan parametreler model tahmin başarısında kayda değer bir iyileşme sağlamıştır. Fitoplankton gruplarının zamansal dinamikleri model tarafından daha gerçekçi tahmin edilmiştir ve nitrifikasyon ve remineralizasyon gibi heterotrofik bakteriler tarafından gerçekleştirilen süreçlerde yaşanan iyileşmeler inorganik besin değerlerine de yansımıştır. Bununla birlikte model birincil üretim miktarını ölçülenden yüksek tahmin etmektedir ve bu tüm diğer öğelerin tahmin başarısını düşürmektedir.
Model tahminlerinde yaşanan iyileşmenin potansiyel iyileşmeden az olduğu düşünülmektedir. Parametre tahmin sisteminin başarısını sınırlayan en önemli faktörler arasında sisteme başlangıçta verilen parametre değerleri ve parametre alt/üst limitlerindeki belirsizliklerdir.