Οπτικές και χημικές ιδιότητες διαλυτής οργανικής ύλης στο θαλάσσιο περιβάλλον

Abstract

It is known that a part of Dissolved Organic Matter (DOM) in the marine environment exhibits optical properties, absorbing solar irradiance in the visible and UV region of the spectrum. In the past, several names have been used to describe this part of DOM, but today the most common term in the bibliography is Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM). CDOM is a very important element for understanding the biogeochemistry of marine ecosystems. The absorption of UV and visible radiation protects organisms from the penetration of harmful irradiance and at the same time deprives producers of available light for the photosynthesis. Furthermore, initiates a series of photochemical reactions that degrade or consume a fragment of CDOM and thus alter its optical characteristics. Also, high levels of CDOM in coastal areas act as an inhibitor for the satellite measurements of phytoplankton’s biomass and the correction of satellite’s algorithms becomes a necessity. The present dissertation has been conducted focusing on the study of CDOM in a region where data were scarce, trying to contribute in filling this gap of international bibliography. The study area covers Marmara and N. Aegean Sea, Cretan Sea and Ionian Sea, in other words it is located in the Eastern Mediterranean region. The main parameters used during the experimental process were the concentration of Dissolved Organic Carbon (DOC), the absorbance of CDOM (aCDOM(300)), and its fluorescent properties as well (Fs(355), EEM’s spectra). Our findings revealed that in waters with intense terrigenous influence (N. Aegean), DOM and CDOM are strongly related, while in open oligotrophic areas are decoupled. Fluorescence measurements have shown that during the summer period photochemistry alters CDOM qualitative characteristics and especially the proteinaceous fragment. CDOM’s composition in the pelagic part of the water column (2-150m) did not reveal significant changes between different regions, whereas in the meso- and bathypelagic part (>200m) transgenic processes and water mass age play a critical role altering CDOM. Thus, in the Ionian Sea humic-like component of CDOM is found to be more important comparing to the N. Aegean Sea.

Είναι γνωστό ότι ένα μέρος της Διαλυτής Οργανικής Ύλης (Dissolved Organic Matter /DOM) στο θαλάσσιο περιβάλλον εμφανίζει οπτικές ιδιότητες απορροφώντας την ηλιακή ακτινοβολία στο ορατό και στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος. Αυτό το τμήμα της ΔΟΥ στο οποίο είχαν δοθεί στο παρελθόν διάφορες ονομασίες, σήμερα είναι γνωστό στη διεθνή βιβλιογραφία με τον όρο Χρωμοφόρος Διαλυτή Οργανική Ύλη (Chromophoric Dissolved Organic Matter/CDOM). Η CDOM αποτελεί σημαντικό κρίκο στην κατανόηση της βιογεωχημείας των θαλασσίων οικοσυστημάτων. Η απορρόφηση υπεριώδους και ορατής ακτινοβολίας προστατεύει τους οργανισμούς από τη διείσδυση των βλαβερών UV ακτινών και ταυτόχρονα στερεί από τους φωτοσυνθέτοντες οργανισμούς διαθέσιμη ακτινοβολία για τη λειτουργία τους. Επιπλέον, μέσω της απορρόφησης ξεκινά μια σειρά φωτοχημικών αντιδράσεων που αλλοιώνει ή καταστρέφει μέρος της CDOM διαφοροποιώντας τις οπτικές της ιδιότητες. Επίσης, οι αυξημένες συγκεντρώσεις CDOM ιδιαίτερα σε παράκτια συστήματα αποτελούν παρεμποδιστικό παράγοντα στη δορυφορική μέτρηση της φυτοπλαγκτονικής βιομάζας και απαιτείται ο προσδιορισμός της για τη διόρθωση των δορυφορικών αλγορίθμων. Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε με στόχο τη μελέτη της CDOM σε μια περιοχή όπου τα βιβλιογραφικά δεδομένα ήταν ολιγάριθμα, φιλοδοξώντας να καλύψει σε ένα βαθμό το κενό στη διεθνή βιβλιογραφία. Η περιοχή μελέτης εκτείνεται από τη Θάλασσα του Μαρμαρά και το Β. Αιγαίο, στο Κρητικό και Ιόνιο Πέλαγος, δηλαδή εντοπίζεται στην ευρύτερη περιοχή της Αν. Μεσογείου. Οι κυριότερες παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στην πειραματική διαδικασία ήταν η συγκέντρωση του Διαλυτού Οργανικού Άνθρακα (DOC), η απορρόφηση της CDOM (aCDOM(300)), καθώς επίσης και οι φθορισμομετρικές της ιδιότητες (Fs(355, φάσματα EEM). Τα ευρήματα έδειξαν ότι σε περιοχές με έντονες χερσαίες επιδράσεις (Β. Αιγαίο), η DOM και η CDOM συσχετίζονται θετικά, ενώ σε ανοικτές ολιγοτροφικές θάλασσες (Ιόνιο) η συσχέτιση αυτή εξασθενεί. Οι μετρήσεις φθορισμού έδειξαν ότι η φωτοχημική δράση τη θερινή περίοδο αλλοιώνει τη CDOM, με το πρωτεϊνικό τμήμα της να είναι το πιο ευαίσθητο. Στα πελαγικά νερά (2-150m) η σύσταση της CDOM δε διαφοροποιείται αισθητά από περιοχή σε περιοχή και εντοπίζονται μόνο μικρές διαφορές. Στο μέσο- και βαθυπελαγικό τμήμα της στήλης (>200m) οι διαγενετικές διαδικασίες και η ηλικία των θαλασσίων μαζών μεταβάλλουν περισσότερο τη σύσταση της CDOM. Έτσι, στο Ιόνιο οι χουμικές ενώσεις αποτελούν πιο σημαντικό τμήμα της CDOM σε σχέση με το Β. Αιγαίο.