Цветные растворенные органические вещества

Окрашенное растворенное органическое вещество (ЦРОВ) представляет собой оптически измеряемый компонент растворенного органического вещества в воде. Также известное как хромофорное растворенное органическое вещество. ^[1] желтое вещество и гельбстофф , CDOM встречается в природе в водной среде и представляет собой сложную смесь от многих сотен до тысяч отдельных, уникальных молекул органического вещества , которые в основном выщелачиваются из разлагающегося детрита и органических веществ. ^[2] CDOM наиболее сильно поглощает коротковолновый свет в диапазоне от синего до ультрафиолетового , тогда как чистая вода поглощает более длинноволновый красный свет. Поэтому вода с небольшим содержанием COM или без него, например, в открытом океане, кажется синей. ^[3] Воды, содержащие большое количество ОРОВ, могут иметь цвет от коричневого, как во многих реках, до желтого и желто-коричневого в прибрежных водах. В целом концентрации РОВ в пресных водах и эстуариях намного выше, чем в открытом океане, хотя концентрации сильно варьируются, как и предполагаемый вклад РОВ в общий пул растворенных органических веществ.

Значение

Концентрация СРОВ может оказывать существенное влияние на биологическую активность водных систем. CDOM уменьшает интенсивность света при проникновении в воду. Очень высокие концентрации СРОВ могут оказывать лимитирующее действие на фотосинтез и подавлять рост фитопланктона . ^[5]^[6]^[7]^[8] которые составляют основу океанических пищевых цепей и являются 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 озер и водоразделов, а также в зависимости от региона 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 «обесцвечиванию» CDOM, снижая его оптическую плотность и поглощающую способность. В результате отбеливания ( фотодеградации ) CDOM образуются низкомолекулярные органические соединения, которые могут быть использованы микробами, высвобождаются питательные вещества, которые могут использоваться фитопланктоном в качестве источника питательных веществ для роста. ^[15] и генерирует активные формы кислорода, которые могут повредить ткани и изменить биодоступность лимитирующих микроэлементов.

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 бывает трудно различить.

Хотя изменения содержания РОВВ в первую очередь являются результатом природных процессов, включая изменения количества и частоты выпадения осадков, человеческая деятельность, такая как лесозаготовки, сельское хозяйство, сброс сточных вод и осушение водно-болотных угодий, может влиять на уровни РОВВ в пресноводных и устьевых системах.

Измерение

Традиционные методы измерения CDOM включают УФ-видимую спектроскопию (поглощение) и флуорометрию (флуоресценция). Были разработаны оптические прокси для характеристики источников и свойств CDOM, включая удельное поглощение ультрафиолета при 254 нм (SUVA ₂₅₄ ) и спектральные наклоны поглощения, а также индекс флуоресценции (FI), биологический индекс (BIX) и индекс гумификации (HIX). для флуоресценции. Матрицы излучения возбуждения (EEM) ^[16] могут быть разделены на компоненты с помощью метода, называемого параллельным факторным анализом (PARAFAC), ^[17] где каждый компонент часто обозначают как «гуминоподобный», «белкоподобный» и т. д. Как упоминалось выше, дистанционное зондирование является новейшим методом обнаружения CDOM из космоса. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Хоге, FE; Водачек, А; Свифт, Р.Н.; Юнгель, Дж. К.; Блау, Невада (октябрь 1995 г.). «Собственные оптические свойства океана: определение коэффициента поглощения хромофорного растворенного органического вещества на основе измерений спектральной флуоресценции лазерного излучения с воздуха». Прикладная оптика . 34 (30): 7032–8. Бибкод : 1995ApOpt..34.7032H . дои : 10.1364/ao.34.007032 . ПМИД 21060564 . ,
^ Кобл, Паула (2007). «Морская оптическая биогеохимия: химия цвета океана». Химические обзоры . 107 (2): 402–418. дои : 10.1021/cr050350+ . ПМИД 17256912 .
^ «Цвет океана» . Наука НАСА . Проверено 26 ноября 2018 г.
^ 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 Саравак, Борнео», Biogeosciences , 15 (2): 6847–6865. дои : 10.5194/bg-15-6847-2018 . Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
^ Стедмон, Калифорния; Маркагер, С.; Каас, Х. (2000). «Оптические свойства и признаки хромофорного растворенного органического вещества (CDOM) в прибрежных водах Дании». Устьевые, прибрежные и шельфовые науки . 51 (2): 267–278. Бибкод : 2000ECSS...51..267S . дои : 10.1006/ecss.2000.0645 .
^ Jump up to: ^а ^б Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Спроси, Дженни; Бергстрем, Анн-Кристин; Дейнингер, Энн; Родригес, Патрисия; Карлссон, Ян (2015). «Влияние растворенного органического углерода на первичную продукцию северных озер» . Лимнология и океанография . 60 (4): 1276–1285. Бибкод : 2015LimOc..60.1276S . дои : 10.1002/lno.10096 . hdl : 11336/5573 . ISSN 1939-5590 . S2CID 84008509 .
^ Jump up to: ^а ^б Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Карлссон, Ян (14 июля 2015 г.). «Компромисс между светом и доступностью питательных веществ в зависимости от градиента концентрации растворенного органического углерода в шведских озерах: последствия для моделей первичного производства» . Канадский журнал рыболовства и водных наук . 72 (11): 1663–1671. дои : 10.1139/cjfas-2015-0187 . hdl : 1807/69824 .
^ Карпентер, Стивен Р.; Коул, Джонатан Дж.; Китчелл, Джеймс Ф.; Пейс, Майкл Л. (1998). «Воздействие растворенного органического углерода, фосфора и выпаса на биомассу и продукцию фитопланктона в экспериментальных озерах» . Лимнология и океанография . 43 (1): 73–80. Бибкод : 1998LimOc..43...73C . дои : 10.4319/lo.1998.43.1.0073 . ISSN 1939-5590 .
^ Ханссон, Ларс-Андерс (1992). «Факторы, регулирующие биомассу перифитных водорослей» . Лимнология и океанография . 37 (2): 322–328. Бибкод : 1992LimOc..37..322H . дои : 10.4319/lo.1992.37.2.0322 . ISSN 1939-5590 .
^ Келли, Патрик Т.; Соломон, Кристофер Т.; Цварт, Джейкоб А.; Джонс, Стюарт Э. (01 ноября 2018 г.). «Система понимания изменений в пелагической валовой первичной продукции озерных экосистем» . Экосистемы . 21 (7): 1364–1376. Бибкод : 2018Ecosy..21.1364K . дои : 10.1007/s10021-018-0226-4 . ISSN 1435-0629 . S2CID 31266760 .
^ Jump up to: ^а ^б Лапьер, Жан-Франсуа; Коллинз, Сара М.; Сикелл, Дэвид А.; Черувелил, Кендра Спенс; Тан, Пан-Нин; Скафф, Николас К.; Тарану, Зофия Э.; Фергюс, К. Эми; Соранно, Патрисия А. (2018). «Сходство пространственной структуры ограничивает взаимоотношения экосистем: построение макромасштабного понимания озер» . Глобальная экология и биогеография . 27 (10): 1251–1263. Бибкод : 2018GloEB..27.1251L . дои : 10.1111/geb.12781 . ISSN 1466-8238 .
^ Лапьер, Жан-Франсуа; Сикелл, Дэвид А.; Джорджио, Пол А. дель (2015). «Влияние климата и ландшафта на показатели круговорота углерода в озере через пространственные закономерности растворенного органического углерода» . Биология глобальных изменений . 21 (12): 4425–4435. Бибкод : 2015GCBio..21.4425L . дои : 10.1111/gcb.13031 . ISSN 1365-2486 . ПМИД 26150108 . S2CID 205142736 .
^ Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Пейс, Майкл Л.; Гудаш, Кристиан; Собек, Себастьян; Транвик, Ларс Дж. (2014). «Вариации концентрации растворенного органического углерода в шведских озерах в региональном масштабе» . Лимнология и океанография . 59 (5): 1612–1620. Бибкод : 2014LimOc..59.1612S . дои : 10.4319/lo.2014.59.5.1612 . ISSN 1939-5590 .
^ Соммаруга, Рубен (1 сентября 2001 г.). «Роль солнечного УФ-излучения в экологии высокогорных озер» . Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 62 (1–2): 35–42. Бибкод : 2001JPPB...62...35S . дои : 10.1016/S1011-1344(01)00154-3 . ISSN 1011-1344 . ПМИД 11693365 .
^ Хелмс, Джон Р.; Стаббинс, Аарон; Пердью, Э. Майкл; Грин, Нельсон В.; Чен, Хунмэй; Моппер, Кеннет (2013). «Фотохимическое обесцвечивание растворенных органических веществ океана и его влияние на наклон спектра поглощения и флуоресценцию». Морская химия . 155 : 81–91. Бибкод : 2013МартЧ.155...81H . дои : 10.1016/j.marchem.2013.05.015 .
^ «Что такое матрица возбуждения-эмиссии (EEM)?» . Хориба . Проверено 17 декабря 2019 г.
^ Бекманн, Кристиан. «Параллельный факторный анализ (PARAFAC)» . Проверено 17 декабря 2019 г.

Внешние ссылки

Цвет океана от науки @ НАСА

[1] Хоге, FE; Водачек, А; Свифт, Р.Н.; Юнгель, Дж. К.; Блау, Невада (октябрь 1995 г.). «Собственные оптические свойства океана: определение коэффициента поглощения хромофорного растворенного органического вещества на основе измерений спектральной флуоресценции лазерного излучения с воздуха». Прикладная оптика . 34 (30): 7032–8. Бибкод : 1995ApOpt..34.7032H . дои : 10.1364/ao.34.007032 . ПМИД 21060564 . ,

[2] Кобл, Паула (2007). «Морская оптическая биогеохимия: химия цвета океана». Химические обзоры . 107 (2): 402–418. дои : 10.1021/cr050350+ . ПМИД 17256912 .

[3] «Цвет океана» . Наука НАСА . Проверено 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 Саравак, Борнео», Biogeosciences , 15 (2): 6847–6865. дои : 10.5194/bg-15-6847-2018 . Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .

[5] Стедмон, Калифорния; Маркагер, С.; Каас, Х. (2000). «Оптические свойства и признаки хромофорного растворенного органического вещества (CDOM) в прибрежных водах Дании». Устьевые, прибрежные и шельфовые науки . 51 (2): 267–278. Бибкод : 2000ECSS...51..267S . дои : 10.1006/ecss.2000.0645 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Спроси, Дженни; Бергстрем, Анн-Кристин; Дейнингер, Энн; Родригес, Патрисия; Карлссон, Ян (2015). «Влияние растворенного органического углерода на первичную продукцию северных озер» . Лимнология и океанография . 60 (4): 1276–1285. Бибкод : 2015LimOc..60.1276S . дои : 10.1002/lno.10096 . hdl : 11336/5573 . ISSN 1939-5590 . S2CID 84008509 .

[:1-7] Jump up to: ^а ^б Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Карлссон, Ян (14 июля 2015 г.). «Компромисс между светом и доступностью питательных веществ в зависимости от градиента концентрации растворенного органического углерода в шведских озерах: последствия для моделей первичного производства» . Канадский журнал рыболовства и водных наук . 72 (11): 1663–1671. дои : 10.1139/cjfas-2015-0187 . hdl : 1807/69824 .

[8] Карпентер, Стивен Р.; Коул, Джонатан Дж.; Китчелл, Джеймс Ф.; Пейс, Майкл Л. (1998). «Воздействие растворенного органического углерода, фосфора и выпаса на биомассу и продукцию фитопланктона в экспериментальных озерах» . Лимнология и океанография . 43 (1): 73–80. Бибкод : 1998LimOc..43...73C . дои : 10.4319/lo.1998.43.1.0073 . ISSN 1939-5590 .

[9] Ханссон, Ларс-Андерс (1992). «Факторы, регулирующие биомассу перифитных водорослей» . Лимнология и океанография . 37 (2): 322–328. Бибкод : 1992LimOc..37..322H . дои : 10.4319/lo.1992.37.2.0322 . ISSN 1939-5590 .

[10] Келли, Патрик Т.; Соломон, Кристофер Т.; Цварт, Джейкоб А.; Джонс, Стюарт Э. (01 ноября 2018 г.). «Система понимания изменений в пелагической валовой первичной продукции озерных экосистем» . Экосистемы . 21 (7): 1364–1376. Бибкод : 2018Ecosy..21.1364K . дои : 10.1007/s10021-018-0226-4 . ISSN 1435-0629 . S2CID 31266760 .

[:2-11] Jump up to: ^а ^б Лапьер, Жан-Франсуа; Коллинз, Сара М.; Сикелл, Дэвид А.; Черувелил, Кендра Спенс; Тан, Пан-Нин; Скафф, Николас К.; Тарану, Зофия Э.; Фергюс, К. Эми; Соранно, Патрисия А. (2018). «Сходство пространственной структуры ограничивает взаимоотношения экосистем: построение макромасштабного понимания озер» . Глобальная экология и биогеография . 27 (10): 1251–1263. Бибкод : 2018GloEB..27.1251L . дои : 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 растворенного органического углерода» . Биология глобальных изменений . 21 (12): 4425–4435. Бибкод : 2015GCBio..21.4425L . дои : 10.1111/gcb.13031 . ISSN 1365-2486 . ПМИД 26150108 . S2CID 205142736 .

[13] Сикелл, Дэвид А.; Лапьер, Жан-Франсуа; Пейс, Майкл Л.; Гудаш, Кристиан; Собек, Себастьян; Транвик, Ларс Дж. (2014). «Вариации концентрации растворенного органического углерода в шведских озерах в региональном масштабе» . Лимнология и океанография . 59 (5): 1612–1620. Бибкод : 2014LimOc..59.1612S . дои : 10.4319/lo.2014.59.5.1612 . ISSN 1939-5590 .

[14] Соммаруга, Рубен (1 сентября 2001 г.). «Роль солнечного УФ-излучения в экологии высокогорных озер» . Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 62 (1–2): 35–42. Бибкод : 2001JPPB...62...35S . дои : 10.1016/S1011-1344(01)00154-3 . ISSN 1011-1344 . ПМИД 11693365 .

[15] Хелмс, Джон Р.; Стаббинс, Аарон; Пердью, Э. Майкл; Грин, Нельсон В.; Чен, Хунмэй; Моппер, Кеннет (2013). «Фотохимическое обесцвечивание растворенных органических веществ океана и его влияние на наклон спектра поглощения и флуоресценцию». Морская химия . 155 : 81–91. Бибкод : 2013МартЧ.155...81H . дои : 10.1016/j.marchem.2013.05.015 .

[16] «Что такое матрица возбуждения-эмиссии (EEM)?» . Хориба . Проверено 17 декабря 2019 г.

[17] Бекманн, Кристиан. «Параллельный факторный анализ (PARAFAC)» . Проверено 17 декабря 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]