A worldwide compilation of atmospheric total phosphorus (TP) and phosphate (PO 4 ) concentration and deposition flux observations are combined with transport model simulations to derive the global distribution of concentrations and deposition fluxes of TP and PO 4 . Our results suggest that mineral aerosols are the dominant source of TP on a global scale (82%), with primary biogenic particles (12%) and combustion sources (5%) important in nondusty regions. Globally averaged anthropogenic inputs are estimated to be ∼5 and 15% for TP and PO 4 , respectively, and may contribute as much as 50% to the deposition over the oligotrophic ocean where productivity may be phosphorus‐limited. There is a net loss of TP from many (but not all) land ecosystems and a net gain of TP by the oceans (560 Gg P a −1 ). More measurements of atmospheric TP and PO 4 will assist in reducing uncertainties in our understanding of the role that atmospheric phosphorus may play in global biogeochemistry.

Phosphate addition to surface waters of the ultraoligotrophic, phosphorus-starved eastern Mediterranean in a Lagrangian experiment caused unexpected ecosystem responses. The system exhibited a decline in chlorophyll and an increase in bacterial production and copepod egg abundance. Although nitrogen and phosphorus colimitation hindered phytoplankton growth, phosphorous may have been transferred through the microbial food web to copepods via two, not mutually exclusive, pathways: (i) bypass of the phytoplankton compartment by phosphorus uptake in heterotrophic bacteria and (ii) tunnelling, whereby phosphate luxury consumption rapidly shifts the stoichiometric composition of copepod prey. Copepods may thus be coupled to lower trophic levels through interactions not usually considered.

Estimates of atmospheric inputs to the Mediterranean and some coastal areas are reviewed, and uncertainities in these estimates considered. Both the magnitude and the mineralogical composition of atmospheric dust inputs indicate that eolian deposition is an important (50%) or even dominant (>80%) contribution to sediments in the offshore waters of the entire Mediterranean basin. Model data for trace metals and nutrients indicate that the atmosphere delivers more than half the lead and nitrogen, one-third of total phosphorus, and 10% of the zinc entering the entire basin. Measured data in sub-basins, such as the north-western Mediterranean and northern Adriatic indicate an even greater proportions of atmospheric versus riverine inputs. When dissolved fluxes are compared (the form most likely to impinge on surface water biogeochemical cycles), the atmosphere is found to be 5 to 50 times more important than rivers for dissolved zinc and 15 to 30 times more important for lead fluxes. Neglecting co-limitation by other nutrients, new production supported by atmospheric nitrogen deposition ranges from 2–4 g C m−2 yr−1, whereas atmospheric phosphorus deposition appears to support less than 1 g C m−2 yr−1. In spite of the apparently small contribution of atmospheric deposition to overall production in the basin it has been suggested that certain episodic phytoplankton blooms are triggered by atmospheric deposition of N, P or Fe. Future studies are needed to clarify the extent and causal links between these episodic blooms and atmospheric/oceanographic forcing functions. A scientific program aimed at elucidating the possible biogeochemical effects of Saharan outbreaks in the Mediterranean through direct sampling of the ocean and atmosphere before and after such events is therefore highly recommended.

Abstract The Eastern Mediterranean Sea (EMS) is a poorly studied ultra-oligotrophic marine environment, dominated by small-size phyto- and bacterioplankton. Here, we describe the dynamics of a single annual cycle (2018-19) of phyto- and bacterioplankton (abundances, pigments and productivity) in relation to the physical and chemical conditions in the photic water column at an offshore EMS site (Station THEMO-2, ∼1,500m depth, 50km offshore). We show that phytoplankton biomass (as chlorophyll a), primary and bacterial productivity differed between the mixed winter (January-April) and the thermally stratified (May-December) periods. Prochlorococcus and Synechococcus numerically dominated the picophytoplankton populations, with each clade revealing different temporal and depth changes indicative to them, while pico-eukaryotes (primarily haptophytes) were less abundant, yet likely contributed significant biomass. Estimated primary productivity (∼32 gC m -2 y -1 ) was lower compared with other well-studied oligotrophic locations, including the north Atlantic and Pacific (BATS and HOT observatories), the western Mediterranean (DYFAMED observatory) and the Red Sea, and was on-par with the ultra-oligotrophic South Pacific Gyre. In contrast, integrated bacterial production (∼11 gC m -2 y -1 ) was similar to other oligotrophic locations. Phytoplankton seasonal dynamics were similar to those at BATS and the Red Sea, suggesting an observable effect of winter mixing in this ultra-oligotrophic location. These results highlight the ultra-oligotrophic conditions in the EMS and provide, for the first time in this region, a full-year baseline and context to ocean observatories in the region. Highlights Bacterioplankton dynamics were assessed monthly in the Eastern Mediterranean Sea Small-sized picophytoplankton numerically dominated the phytoplankton community Seasonal phytoplankton dynamics are similar to BATS and Red Sea, but not to HOT Annual primary productivity is among the lowest in the world’s oceans Bacterial to primary production ratio is higher than most oligotrophic seas

Abstract Microbes are key players in marine sediments, yet they are not accessed routinely by monitoring programs. Here, we investigate the spatial and vertical trends in the abundance, activity and diversity of benthic archaea, bacteria and fungi of the southeastern Mediterranean Sea (SEMS), based on ∼150 samples collected by the National Monitoring Program in 2018-2020 in coastal, as well as deep-sea transects across the Israeli exclusive economic zone, using vertical profiles of short sediment cores (0-1, 1-2, 4-5, 9-10 and 19-20 cm below surface). Microbial abundance was usually low (0.01 ×10 8 to 0.21×10 8 cells gr -1 sediment), while heterotrophic productivity was the highest in the nearshore stations (12±4 ng C gr -1 sediment h -1 ), as opposed to 0.5±0.9 ng C gr -1 sediment h -1 at the offshore sites. Using amplicon sequencing of marker genes, we identified the changes in the diversity of microbes along environmental gradients, in the four dimensions (geographic location, seabed depth, distance from the sediment surface and time). We show high taxonomic diversity of bacteria and archaea (Shannon’s H’ 5.0-6.9) and lesser diversity of fungi (Shannon’s H’ 0.2-4.8). We use DESeq2 analyses to highlight the role of ammonia-oxidizing Nitrososphaeria in the aerated sediments of the continental slope and deep bathyal plain stations and organotrophic lineages in coastal, shelf, slope, and abyssal plain sediments. Based on taxonomic diversity, we infer the metabolic potential of these communities. Analyses of fungi diversity and guilds suggest the prevalence of the saprotrophic and pathotrophic microfungi Ascomycota (70±23%) and Basidiomycota (16±18%) in the SEMS sediments. We provide a comprehensive baseline of benthic microbial populations in the SEMS and pledge for the use of microbial indices in biomonitoring of the marine environment.

Abstract Discharge of gas-rich brines fuels productive chemosynthetic ecosystems in the deep sea. In these salty, methanic and sulfidic brines, microbial communities adapt to specific niches along the physicochemical gradients. However, the molecular mechanisms that underpin these adaptations are not fully known. Using metagenomics, we investigated the dense (∼10 6 cell ml- 1 ) microbial communities that occupy small deep-sea brine pools found in the Southeastern Mediterranean Sea (1150 m water depth, ∼22°C, ∼60 PSU salinity, sulfide, methane, ammonia reaching millimolar levels, and oxygen usually depleted), reaching high productivity rates of 685 µg C L -1 d -1 ex-situ. We curated 266 metagenome-assembled genomes of bacteria and archaea from the several pools and adjacent sediment-water interface, highlighting the dominance of a single Sulfurimonas , which likely fuels its autotrophy using sulfide oxidation or inorganic sulfur disproportionation. This lineage may be dominant in its niche due to genome streamlining, limiting its metabolic repertoire, particularly by using a single variant of sulfide: quinone oxidoreductase. These primary producers co-exist with ANME-2c archaea that catalyze the anaerobic oxidation of methane. Other lineages can degrade the necromass aerobically ( Halomonas and Alcanivorax ), or anaerobically through fermentation of macromolecules (e.g., Caldatribacteriota, Bipolaricaulia, Chloroflexota, etc). These low-abundance organisms likely support the autotrophs, providing energy-rich H 2 , and vital organics such as vitamin B12.

Abstract Sediment trap data set and 234 Th profiles (deep water excesses and deficits) reveal that particulate organic carbon (POC) export at the highly oligotrophic Levantine Sea is dominated by lateral transport from the nearby margin. These intermediate nepheloid layers (INL) operate at multi‐depth, with the silt‐to‐clay size particulate matter (PM) fraction transported at water depths of about 100–500 m, while finer fraction arrives also at deeper depths. The shallow NIL is triggered by winter storms, manipulated by coastal flash floods and shelf resuspension and assisted by cross‐shore currents, which allow the arrival of PM at a distance of 50 km within about 10 days. The deeper INL could be related to sediments initially driven to depth by density currents. Our data show that inter‐annual differences in sediment trap fluxes were related to changes in both the intensity of coastal floods and current velocity. The frequent observation of deep‐water 234 Th excesses during a (relatively) low export winter (2018) is related to lessened cleansing of the water column, that is, reduced removal of fine‐grained PM by sinking coarser‐grained material. These observations highlight the importance of winter storm intensity in the POC budget of marginal seas like the Levantine Basin (LB) even in areas with limited river discharge. This further suggests that the anticipated increase in extreme weather events due to the on‐going climate change should have an impact on this coastal‐deep sea conveyor and on POC export in the LB.

Due to ongoing ocean warming, subtropical environments are becoming accessible to tropical species. Among these environments are the vermetid reefs of the Southeastern Mediterranean (SEM). In the last decades, these valuable coastal habitats witnessed the proliferation of numerous alien species of tropical origin. Among the meiofauna thriving on these reefs are benthic foraminifera, single cell marine organisms that make a significant contribution to global carbonate production. It has been widely recognized that benthic foraminifera, among other invasive species, thrive in the macroalgal cover, and it has been suggested that their populations are becoming a significant new source of sediment substrate. Here, we report on the first systematic assessment of the population size of the benthic foraminifera, allowing a comparison with data from the native tropical habitat of these species. Our study is based on a seasonal sampling of benthic foraminifera from confined sampling areas at four sites along the vermetid reef platforms of the Israeli SEM coast. Our survey reveals a patchy distribution of each species with peak population densities exceeding 100,000 specimens per m2, making the SEM a hotspot of benthic foraminifera, with population densities comparable to tropical coral reef environments. The assemblages of the SEM hotspot are dominated by cosmopolitan foraminiferal taxa and tropical invaders from the Indo-Pacific (e.g., Amphistegina lobifera, Pararotalia calcariformata, soritids, and Hauerina diversa). In contrast to foraminiferal hotspots in the tropics, which are completely dominated by larger symbiont-bearing taxa, the SEM hotspot stands out due to high abundances of non-symbiont-bearing species Textularia agglutinans and small miliolids. An intriguing observation is the significant heterogeneity in composition and density of foraminiferal assemblages between the vermetid reefs' southern and northern areas (Israel), indicating that the productivity of the dominant species are also modulated by local yet unknown environmental factors.