stringtranslate.com

Цветные растворенные органические вещества

Изменения в концентрации окрашенных растворенных органических веществ, как видно из космоса. Темно-коричневая вода во внутренних водоемах содержит высокие концентрации CDOM. Поскольку эта темная, богатая CDOM вода движется от берега, она смешивается с низкоконцентрированной, голубой океанской водой от берега.

Цветное растворенное органическое вещество (CDOM) является оптически измеряемым компонентом растворенного органического вещества в воде. Также известное как хромофорное растворенное органическое вещество, [1] желтое вещество и gelbstoff , CDOM встречается в природе в водной среде и представляет собой сложную смесь из многих сотен или тысяч отдельных уникальных молекул органического вещества , которые в основном выщелачиваются из разлагающегося детрита и органического вещества. [2] CDOM сильнее всего поглощает коротковолновый свет в диапазоне от синего до ультрафиолетового , тогда как чистая вода поглощает более длинноволновый красный свет. Поэтому вода с небольшим количеством или без CDOM, например, открытый океан, кажется синей. [3] Воды, содержащие большое количество CDOM, могут варьироваться от коричневого, как во многих реках, до желтого и желто-коричневого в прибрежных водах. В целом, концентрации CDOM намного выше в пресных водах и эстуариях, чем в открытом океане, хотя концентрации сильно изменчивы, как и предполагаемый вклад CDOM в общий пул растворенного органического вещества.

Значение

Речная вода из торфяников впадает в прибрежные воды
Юго-Восточная Азия является домом для одного из крупнейших в мире запасов тропических торфяников и составляет примерно 10 % мирового потока растворенного органического углерода (DOC) с суши в море. Реки переносят высокие концентрации окрашенного растворенного органического вещества (CDOM), показанные здесь взаимодействующими с океанской шельфовой водой. [4]

Концентрация CDOM может оказывать значительное влияние на биологическую активность в водных системах. CDOM снижает интенсивность света по мере его проникновения в воду. Очень высокие концентрации CDOM могут оказывать ограничивающее воздействие на фотосинтез и подавлять рост фитопланктона , [5] [6] [7] [8], который составляет основу океанических пищевых цепей и является основным источником атмосферного кислорода . Однако влияние CDOM на фотосинтез водорослей может быть сложным в других водных системах, таких как озера , где CDOM увеличивает скорость фотосинтеза при низких и умеренных концентрациях, но снижает скорость фотосинтеза при высоких концентрациях. [9] [7] [6] [10] Концентрации CDOM отражают иерархический контроль. [11] Концентрации различаются между озерами, расположенными в непосредственной близости, из-за различий в морфометрии озера и водосбора, а также на региональном уровне из-за различий в климате и доминирующей растительности. [12] [11] [13] CDOM также поглощает вредное излучение UVA/B, защищая организмы от повреждения ДНК. [14]

Поглощение УФ-излучения приводит к «отбеливанию» CDOM, что снижает его оптическую плотность и поглощающую способность. Это обесцвечивание ( фотодеградация ) CDOM производит низкомолекулярные органические соединения, которые могут использоваться микробами, высвобождает питательные вещества, которые могут использоваться фитопланктоном в качестве источника питательных веществ для роста, [15] и генерирует активные формы кислорода, которые могут повреждать ткани и изменять биодоступность лимитирующих следовых металлов.

CDOM можно обнаружить и измерить из космоса с помощью спутникового дистанционного зондирования , и он часто мешает использованию спутниковых спектрометров для дистанционной оценки популяций фитопланктона. Как пигмент, необходимый для фотосинтеза, хлорофилл является ключевым индикатором численности фитопланктона. Однако CDOM и хлорофилл поглощают свет в одном и том же спектральном диапазоне, поэтому их часто трудно различить.

Хотя изменения в РОВ в первую очередь являются результатом естественных процессов, включая изменения количества и частоты осадков, деятельность человека, такая как лесозаготовки, сельское хозяйство, сброс сточных вод и осушение водно-болотных угодий, может влиять на уровни РОВ в пресноводных и эстуарных системах.

Измерение

Традиционные методы измерения CDOM включают УФ-видимую спектроскопию (поглощение) и флуориметрию (флуоресценцию). Оптические прокси были разработаны для характеристики источников и свойств CDOM, включая удельное ультрафиолетовое поглощение при 254 нм (SUVA 254 ) и спектральные наклоны для поглощения, а также индекс флуоресценции (FI), биологический индекс (BIX) и индекс гумификации (HIX) для флуоресценции. Матрицы возбуждения и испускания (EEM) [16] могут быть разделены на компоненты в технике, называемой параллельным факторным анализом (PARAFAC), [17] , где каждый компонент часто маркируется как «гуминовый», «белкоподобный» и т. д. Как упоминалось выше, дистанционное зондирование является новейшим методом обнаружения CDOM из космоса. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Hoge, FE; Vodacek, A; Swift, RN; Yungel, JK; Blough, NV (октябрь 1995 г.). «Врожденные оптические свойства океана: извлечение коэффициента поглощения хромофорного растворенного органического вещества из измерений спектральной флуоресценции лазера в воздухе». Applied Optics . 34 (30): 7032–8. Bibcode :1995ApOpt..34.7032H. doi :10.1364/ao.34.007032. PMID  21060564.,
  2. ^ Кобл, Паула (2007). «Морская оптическая биогеохимия: химия цвета океана». Chemical Reviews . 107 (2): 402–418. doi :10.1021/cr050350+. PMID  17256912.
  3. ^ "Цвет океана". NASA Science . Получено 26 ноября 2018 г.
  4. ^ Мартин, П., Черукуру, Н., Тан, А.С., Санвлани, Н., Муджахид, А. и Мюллер, М. (2018) «Распределение и круговорот терригенного растворенного органического углерода в реках, дренирующих торфяники, и прибрежных водах Саравака, Борнео», Biogeosciences , 15 (2): 6847–6865. doi :10.5194/bg-15-6847-2018.Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  5. ^ Stedmon, CA; Markager, S.; Kaas, H. (2000). «Оптические свойства и сигнатуры хромофорного растворенного органического вещества (CDOM) в прибрежных водах Дании». Estuarine, Coastal and Shelf Science . 51 (2): 267–278. Bibcode : 2000ECSS...51..267S. doi : 10.1006/ecss.2000.0645.
  6. ^ ab Seekell, David A.; Lapierre, Jean-François; Ask, Jenny; Bergström, Ann-Kristin; Deininger, Anne; Rodríguez, Patricia; Karlsson, Jan (2015). «Влияние растворенного органического углерода на первичную продукцию в северных озерах». Limnology and Oceanography . 60 (4): 1276–1285. Bibcode :2015LimOc..60.1276S. doi :10.1002/lno.10096. hdl : 11336/5573 . ISSN  1939-5590. S2CID  84008509.
  7. ^ ab Seekell, David A.; Lapierre, Jean-François; Karlsson, Jan (2015-07-14). «Компромиссы между светом и доступностью питательных веществ в градиентах концентрации растворенного органического углерода в шведских озерах: последствия для моделей первичной продукции». Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences . 72 (11): 1663–1671. doi :10.1139/cjfas-2015-0187. hdl : 1807/69824 .
  8. ^ Карпентер, Стивен Р.; Коул, Джонатан Дж.; Китчелл, Джеймс Ф.; Пейс, Майкл Л. (1998). «Влияние растворенного органического углерода, фосфора и выпаса на биомассу и продукцию фитопланктона в экспериментальных озерах». Лимнология и океанография . 43 (1): 73–80. Bibcode : 1998LimOc..43...73C. doi : 10.4319/lo.1998.43.1.0073 . ISSN  1939-5590.
  9. ^ Ханссон, Ларс-Андерс (1992). «Факторы, регулирующие биомассу перифитонных водорослей». Лимнология и океанография . 37 (2): 322–328. Bibcode :1992LimOc..37..322H. doi : 10.4319/lo.1992.37.2.0322 . ISSN  1939-5590.
  10. ^ Келли, Патрик Т.; Соломон, Кристофер Т.; Цварт, Джейкоб А.; Джонс, Стюарт Э. (2018-11-01). «Структура для понимания изменчивости пелагической валовой первичной продукции озерных экосистем». Экосистемы . 21 (7): 1364–1376. Bibcode : 2018Ecosy..21.1364K. doi : 10.1007/s10021-018-0226-4. ISSN  1435-0629. S2CID  31266760.
  11. ^ ab Lapierre, Jean-Francois; Collins, Sarah M.; Seekell, David A.; Cheruvelil, Kendra Spence; Tan, Pang-Ning; Skaff, Nicholas K.; Taranu, Zofia E.; Fergus, C. Emi; Soranno, Patricia A. (2018). «Сходство в пространственной структуре ограничивает экосистемные отношения: построение макромасштабного понимания озер». Global Ecology and Biogeography . 27 (10): 1251–1263. Bibcode : 2018GloEB..27.1251L. doi : 10.1111/geb.12781 . ISSN  1466-8238.
  12. ^ Лапьер, Жан-Франсуа; Сикелл, Дэвид А.; Джорджио, Пол А. дель (2015). «Влияние климата и ландшафта на показатели круговорота углерода в озере через пространственные закономерности в растворенном органическом углероде». Global Change Biology . 21 (12): 4425–4435. Bibcode :2015GCBio..21.4425L. doi :10.1111/gcb.13031. ISSN  1365-2486. PMID  26150108. S2CID  205142736.
  13. ^ Seekell, David A.; Lapierre, Jean-François; Pace, Michael L.; Gudasz, Cristian; Sobek, Sebastian; Tranvik, Lars J. (2014). «Региональное изменение концентраций растворенного органического углерода в шведских озерах». Limnology and Oceanography . 59 (5): 1612–1620. Bibcode : 2014LimOc..59.1612S. doi : 10.4319/lo.2014.59.5.1612 . ISSN  1939-5590.
  14. ^ Соммаруга, Рубен (2001-09-01). «Роль солнечного УФ-излучения в экологии альпийских озер». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 62 (1–2): 35–42. Bibcode : 2001JPPB...62...35S. doi : 10.1016/S1011-1344(01)00154-3. ISSN  1011-1344. PMID  11693365.
  15. ^ Хелмс, Джон Р.; Стаббинс, Аарон; Пердью, Э. Майкл; Грин, Нельсон В.; Чен, Хонгмей; Моппер, Кеннет (2013). «Фотохимическое обесцвечивание океанического растворенного органического вещества и его влияние на спектральный наклон поглощения и флуоресценцию». Морская химия . 155 : 81–91. Bibcode : 2013MarCh.155...81H. doi : 10.1016/j.marchem.2013.05.015.
  16. ^ "Что такое матрица эмиссии возбуждения (EEM)?". Horiba . Получено 17 декабря 2019 г. .
  17. ^ Бекманн, Кристиан. "Параллельный факторный анализ (PARAFAC)" . Получено 17 декабря 2019 г. .

Внешние ссылки

Найдите значение слова gelbstoff в Викисловаре, бесплатном словаре.