GİRİŞ
Sahil şeridi ve bitişiğindeki kıta yamacı(sığ deniz) kara ile deniz arasındaki geçişi oluşturur. Bu alan alçak enlem,tatlı su, küçük dalgalı tropik denizlerden büyük dalgaların (16m.) süpürdüğü körfezlere kadar değişen geniş bir fiziksel çevreyi oluşturur. Dünya nüfusunun %60’ı bu tip bölgelerde yaşar.
Bir zamanlar balık sürülerinin yaşama alanı olan,mineral zenginliğin(kum ve çakıl, petrol ve gaz, elmas,kalay...vs) büyük bir kısmının kaynağı olan bu sığ denizler, deniz yollarında kullanılan gemi rotalarını sağlamakta ve 3 milyar insan endüstriyel ve dahili atıklarını buraya boşaltmaktadır. Bu da anthropogenic aktivitelerin ağır etkisinde baskı altında olan fiziksel, biyolojik ve kimyasal alt çevrelerin geniş bir küme oluşturmasına yol açar. Kıyı ve sığ denizler (okyanus yüzeyinin sadece 5%’ni oluşturmasına rağmen) toplam biyolojik üretimin 20 %’sinin sağlandığı çok verimli bölgelerdir. Gelecekte bu yüksek üretimin atmosferdeki karbon oranında önemli rol oynayacağına inanılmaktadır. Daha da öncelikli, balık avcılığının 90 %’ı bu biyolojik üretimin devamlılığına bağlıdır.

OKYANUSLARDA BİYOLOJİK ÜRETİM
Birincil Üretim :Fotosentez
Okyanuslardaki besin zincirinin ilk halkasını fitoplankton olarak bilinen bitkilerin meydana getirdiği, birincil üretim oluşturur. Bu bitkiler de karadaki bitkiler gibi CO2 gazına, nutrientlere, güneş ışığına ve suya gerek duyarlar. Klorofil pigmentini kullanarak, fotosentezde kullanmak için güneşten alınan enerji ile CO2 ve H2O’ yu , yeni bir bitki materyalinin şekillendiği yüksek enerjili organik bileşiklere dönüştürürler. Yeni bitki materyalini oluşturan bu üretim birincil üretimdir. Fotosentezde üretilen O2, bitkiler ve hayvanlar tarafından solunum için kullanılır. Solunum tüm organizmalara hayat süreçlerinde enerji sağlar.
Fotosentez: Güneş enerjisi
6 CO2 +6 H2O ---- >>>> C6H12O6 +6 O2
Klorofil
Solunum
C6H12O6 +6 O2 ---- >>>> 6 CO2 +6 H2O+Yaşam için gerekli enerji
Birincil üretim, bir bölgedeki yüzey suyu stabilitesine, nutrientlerin varlığına ve güneş ışığı miktarıyla sınırlanabilir. Tropik enlemlerde üretimin sınırını nutrientler belirlerken, polar enlemlerde fitoplanktonun artma sınırını, güneş ışığı belirler. Sıcak enlemlerde nutrientlerin , ışığın ve su kolonunun stabilitesi mevsimden mevsime değişir.

Küresel Birincil Üretim
Güneş ışığının sınırlanmadığı sahil sularında, açık okyanus sularından daha fazla üretim meydana gelir. Çünkü nehirler ve karalardan sahil sularına besleyici elementler gelir. Bir de, gelgit akıntılarının sebep olduğu karışımla ve derin sulardan yüzey tabakalara olan türbilansla nutrientler yüzeye taşınır. Birincil üretim miktarının artışı, ortamın tür çeşitliliğini artırıcı bir faktör olarak değerlendirilmektedir. Bu bağlamda okyanuslardaki birincil üretim miktarına bakacak olursak (Ryther, 1969); kıyısal bölgelerdeki ortalama birincil üretimin, açık denizlerin iki katı olduğu (100 g/m2/yıl) görülmektedir. Upwelling bölgelerde ise söz konusu üretim çok daha yüksek olabilmektedir (300 g/m2/yıl). Denizlerin 200 m. derinliğine kadar olan “neritik bölge”nin başlıca üretkenliği, güneş ışınlarının deniz tabanına kadar, özellikle infralittoral bölge olarak bilinen 40-50 m.’ye kadar olan derinliklere daha fazla etkide bulunması ve karalardan akarsular vasıtasıyla gelen besin tuzlarının bolluğu ile sağlanmaktadır.

Okyanuslarda birincil üretim vasıtasıyla üretilen organik karbonun çoğu açık okyanusların düşük konsantrasyonlu geniş alanlarına dağılmıştır. Prodüktivitenin çok yüksek olduğu birkaç dar alan vardır. Bunlar Güney Amerika ve kuzeyindeki kuzeybatı sahilleri, Afrika’nın batı sahilleri ve Hint Okyanusu’nun batı kıyısı boyunca yeralan bölgelerdir. Bu bölgeler fotik zona nutrient taşınımının yapıldığı upwelling bölgeleridir.Toplam üretimin az bir miktarı sahil boyunca ve up-welling bölgelerinde olur. Ancak bu küçük miktarlar daha küçük alanlarda toplanarak bu bölgeler içinde birincil üretimin en fazla meydana geldiği çok zengin bölgeleri oluştururlar.

Toplam Üretim: Besin Zincirleri ve Besin Ağları:
Bitkiler, herbivor ve karnivor hayvanlardan oluşan besin zincirinin ilk halkasını şekillendiren, birincil üretimdir. Denizlerdeki toplam üretimi bu canlılar birlikte meydana getirirler. Yüksek primer üretimin olduğu yerlerde geniş hayvan populasyonları vardır.
Hayvanlar tüketicilerdir, onlar diğer tüketicilerin yada birincil üreticilerin üzerlerinden beslenirler. Herbivorlar yada karnivorlar beslenmek için eninde sonunda birincil üreticilere bağımlıdırlar. En çok ve en büyük herbivor biomassları bitki yiyen zooplankton biomasslarıdır. Bu hayvanlar bitkisel dokuları hayvansal dokulara dönüştüren birincil tüketicilerdir. Sırayla, onlar diğer

Diğer preylerin yokluğunda, bir predatör ve tüm karnivorların önde geldiği besin zinciri içinde bir yada birkaç halka olabilir. Besin zincirleri nadiren basit ve lineer bir yapı gösterirken, daha çok kompleks ve organizmalar arasında karşılıklı ilişki içinde kollara ayrılan bir yapı gösterir. Bu birbirine bağımlı besin zincirlerine food web (besin ağları) denir.

İdealist(istenen) Besin Zinciri:
Birincil Üreticiler Birincil Tüketiciler İkincil Tüketiciler Tüm Karnivorlar

Trofik Hareketler:
Besin zinciri ve besin ağları bitkiler, grazing herbivorlar ve karnivor predatörlerden etkilendikleri için, nütrientler ve besin enerjisi tarafından takip edilen bir yolla gösterilirler. Bunlar arasındaki akrabalıklar besin zinciri içindeki halkalardaki bulunma yerleri ile kanıtlanır. Bu yerler, çeşitli basamaklardan oluşan ve dipten tepeye kadar numaralandırılan trofik bir piramit ile şekillendirilirler. Birincil üreticiler daima piramidin ilk basamağında, herbivor zooplanktonlar ikinci basamağında ve karnivorlar en tepede olan , prey olmayan karnivor organizmaların altındaki basamakta bulunurlar.
İlk tropikal basamaktan yukarıya doğru çıkıldıkça, organizmaların ebatları artarken sayı ve biomassları azalır. Alt trofik seviyelerdeki küçük ve sayıca fazla organizmaların oluşturduğu toplam biomass, yukarıdaki seviyelerdeki ebat olarak büyük fakat sayıca az olan organizmalarınkinden daha fazladır.

Bir açık okyanus piramidinin her bir tabakasında bir uçtan bir uca olan verimli enerji transferi(trofik taşınım)nin yaklaşık %10 olduğu tahmin edilir. Diğer 590’lık kısım her bir trofik seviyedeki organizmaların metabolik ihtiyaçlarına giden enerji kayıplarıdır. Bu ihtiyaçlar solunum, beslenme, hareket ve üreme için gereken enerjiyi içerirler. Bu yüzden, direkt olarak aşağıdaki basamaklarda 100 ünite tüketen bir organizma bunun 90 ünitesini metabolik ihtiyaçları için kullanacak sadece 10 ünitesini de yukarıdaki basamaklarda predasyon için vücut dokularına dönüştürecektir.

Nutrient Döngüsü:
Bir bitki yada hayvan eğer doğal olarak ölürse yada bir organizmanın parçaları yenilmeden kalırsa, çürütücüler (bakteri, mantar) olarak bilinen organizmalar,ısıyla birlikte organik molekülleri nutrientlere ve CO2 ve H2O gibi basit moleküllere çevirerek, vücutlarından çevreye enerji salıverirler. Uzaydan dünyaya gelen yeni materyalin miktarı kayda değer olmadığı için, bu tekrarlanan döngü, gezegen üzerindeki yaşamın devamı için hayati bir önem taşır.

Upwelling :
Okyanuslar devamlı olarak değişen farklı su tiplerinden oluşmuşlardır. Herhangi bir bölgede oluşan bir su tipi belli bir zaman için varlığını sürdürebilir ve bir müddet sonra da diğer bir su tipiyle karışır. İşte iki veya daha fazla su tipinin karışımı sonucunda Su Kütleleleri oluşur.
Çeşitli nedenler sonucu yoğunluğu artan yüzey sularının dibe doğru akışına Konvergens denir. Okyanusların belli bölgelerinde dibe doğru oluşan akışlara karşın, bu ortamların devamlı denge halinden ötürü, eşdeğerde olan su kütleleri yüzeye doğru çıkmaya başlar. Bu olaya da Divergens adı verilir. Yoğunluk farklarından oluşan divergens olayı bazı sahil bölgelerinde görülen Upwelling olayı ile birleşebilir. Upwelling yoğunluk farkından oluşabileceği gibi, sahil bölgelerinde karasal rüzgarların yüzey suları üzerindeki etkilerinden dipteki geniş engeller ve koriolis etkisi sonucu da oluşabilir. Bu olay sonucu derin diplerde bulunan besleyici elementler yönünden zengin ve soğuk olan dip suları yüzey sularına taşınarak bölgede fitoplankton ve dolayısıyla diğer biyolojik üretim artar. Çünkü besin zincirine bağlı olarak predatör preyi takip edecek şekilde bir beslenme stratejisi geliştir ve upwelling olayı ile de Nutrient Fitoplankton Zooplankton Balık şeklinde basit bir zincir oluşturulabilir(Şekil 2). Olgun balıklar yaşam sürelerinde, üreme amaçlı göçlerde bulunurlar. Üreme alanları, genellikle denizlerin verimli (upwelling sahaları) veya plankton yoğunluğunun zengin olduğu bölgelerde bulunmaktadır.

Kıyısal Deniz Sistemlerinde Dinoflagellat Bloomlarının Biyolojisi:
Tüm bloom yapan türlerin %75’ini dinoflagellatlar oluşturmaktadır(Smayda 1997a). İlkbaharın sıcak sularında sık sık dinoflagellat bloomları görülür. İlkbaharda sıcaklık artışının ve sıcaklık katmanlaşmasının başlamasından sonra, diatomlar yada grazerların diğer beslendikleri fitoplanktonların populasyon sayılarında bir patlama meydana gelir. Kıyısal denizlerde, diatomlar dinoflagellatların en önemli rakipleridir ve onların uygun koşulları kendi çıkarları için kullanma yetenekleri dinoflagellatlardan daha hızlıdır. Dinoflagellat bloomları diatom bloomlarını takip eder ve diatomlar baskın hale geldikten sonra dinoflagellatlar bloom oluştururlar(Taylor ve Pollingher 1987). Ama bu daima bu şekilde değildir. Dinoflagellatlar upwellingin ön sistemlerinde lokalize olduklarında, populasyon sayılarında artış olabilir(Fingree et al.1975). Bu yüzden dinoflagellatların bol olduğu hakkında genellemeler içeren sözler fazla olsa bile, fiziksel süreçlerdeki(olayların yayılımı, karışım, katmanlaşmanın başlaması) değişimler önemlidir(Fogg ve Thake 1987). Bu fiziksel süreçler uzaysal ve zamana ait değişimlere sebep olabilirler. Dinoflagellatlar polar denizlerde daha az öneme sahiptirler. Tropikal kıyısal sularda mevsimsel bir pik yapma görülmez. Ancak rapor edilmiş yerel patlamalar da vardır. Çünkü tropikal bölgeler de gün uzunluğunda ve yüzey suyunun ısınmasında çok küçük değişiklikler vardır. Tropikal alanlar hemen hemen sürekli bir şekilde ısınırlar. Bu yüzden tropikal sular sıcak suların yazınki durumuna benzer bir durum gösterirler. Yüzey sularında nutrientler tüketilir ve buna bağlı olarak fitoplankton bioomasları düşüktür. Buda tropikal alanlardaki suların berrak görünmesinin bir sebebidir. Bundan dolayı tropikal sularda tipik bir şekilde fitoplankton bloomları göze çarpmaz. Eğer bloomların olduğu fark edilirse daha derin suların yüzey suları ile karışması vb. olaylar sonucunda ortaya çıktığı görülür.

Haliçler ve Kıtasal Kıyılardaki Plankton Toplulukları:
Kuzey Carolina (Charleston) ve Filorida(Jackson) arasındaki boşalımın olduğu dört kıyıda haliçler ve kıtasal kıyılardaki plankton toplulukları üzerine yapılan çalışmalarda benzer durumlar ortaya çıkmıştır(Şekil 4-A). Nehir ağızlarında oluşan akıntılar vasıtasıyla burada zengin olan fitoplanktonlar (mikroskobik fotosentetik hücreler) denize doğru taşınırlar ve suda gittikçe berraklaştığı için fotosentetik üretim 6 misli artar. Sığ kıyılarda nutrientlerin zengin olduğu kıyısal alandan açığa doğru üretim yavaş yavaş düşer(Şekil 4-B). Fotosentetik üretimdeki mevsimsel değişiklikler haliçlerde, sahil yanlarındaki sığ kıyı sularında (derinlik 20m.den daha az) ve daha derin olan açıktaki sularda benzer bir durum gösterir. Fotosentetik üretim, balık yumurtaları ve larvalarını da içine alan Zooplankton çokluğuna (mikroskobik hayvan populasyonu) bağlı olarak yaz sonunda bu alanlarda en yüksek değerine ulaşır(Şekil 4-C). Çünkü zooplankton populasyonları farklı üreme periyotlarına sahiptirler ve birlikte pik yapmaları beklenemez. Fotosentetik üretimdeki değişiklikler ve zooplanktonun çokluğunun benzer bir seyir içinde olduğu görülür. Buda. Nutrientçe zengin nehir ağızlarında ve nehir ağzından dışarıya doğru akan suyun sığ su içine basınç yapıp, bu alanı temizleyerek meydana getirdiği etki ile açıklanabilir. Bu doğru ise, bu alanlar yani haliçler plankton populasyonları ve kıtasal kıyıların ekolojileri üzerinde çok önemli etkilere sahiptirler.
Anlaşıldığı gibi, nehir ağızlarının nutrientçe zengin olan alanları, askı haldeki partikül madde ve sediment taşınımında, özellikle mikroskobik bitkiler ve hayvanlar, balık yumurtaları ve larvaları ile bağlantılı biyolojik aktivitenin gerçekleşmesinde, çözünmüş O2 ve koliform bakteriler üzerinde son derece önemli etkilere sahiptirler.

Marmara Denizi ve Karadeniz Birincil Üretim
Boğaz-Marmara Bileşimi:
Marmara Denizi, temelde kendi bünyesinde birincil üretim yoluyla oluşan partiküler organik karbon (POK) için bir çökelme havzası durumundadır. Günlük ve yıllık birincil üretimin ve "klorofil-a”nın 1985-1989 döneminde ODTÜ tarafından hesaplanan değişimi ve 1996-1997’da İ..Ü tarafından yapılmıştır. Buna göre bu dönemde ortalama birincil üretim 0.2-0.3 gC/m² / gün olarak verilebilir. Ancak Boğaz-Marmara Birleşimi Bölgesi içinde birincil üretimin 0.3-0.6 gC/m²/gün değere sahip olduğunu gösteren çalışmalar da yapılmıştır . Bu miktar tüm Marmara Denizi için yıllık 1 milyon ton civarında karbona eşdeğer olup, Karadeniz'deki toplam birincil üretim kaynaklı karbonun yüzde birine yakındır.

Birincil üretimden kaynaklanan bu organik yükün % 70-80'i (İstanbul'dan yapılan atık su deşarjının 10 katı) üst tabakada mineralize olarak yeniden üretimde kullanılmakta, kalan miktarı ise haloklin altı tabakalara inmektedir. Haloklin altı tabakalara gelen % 20-30'luk organik yükün % 85 gibi büyük bir kısmı mineralize olurken, açığa çıkan besi tuzları da düşey karışımlarla üst tabakaya geri dönebilmektedir. Geri kalan kısmı ise (% 11.5) bentik sedimentte birikime uğramaktadır.
ODTÜ tarafından Karadeniz'den Boğaz yoluyla Marmara Denizine yılda 1 milyon tonun üzerinde organik karbon (TOK) girişi olduğu bildirilmektedir .Tablo 1’de Karadeniz ve Marmara Denizi'ndeki ve karşılaştırma amacıyla, okyanuslardaki organik madde miktarları da gösterilmiştir .
 

Tablo1: Marmara Denizi, Karadeniz ve Okyanuslarda Birincil Üretim