Çözünmüş organik karbon - Dissolved organic carbon
| Bir serinin parçası |
| Karbon döngüsü |
|---|
 |
Çözünmüş organik karbon ( DOC ), tipik olarak 0,22 ile 0,7 mikrometre arasında bir gözenek boyutuna sahip bir filtreden geçebilen organik karbonun operasyonel olarak tanımlanan fraksiyonudur . Filtrede kalan kısım partikül organik karbon (POC) olarak adlandırılır .
Çözünmüş organik madde (DOM) , genellikle DOC ile birbirinin yerine kullanılan yakından ilişkili bir terimdir. DOC, özellikle çözünmüş organik materyaldeki karbon kütlesine atıfta bulunurken, DOM, çözünmüş organik maddenin toplam kütlesine atıfta bulunur. Dolayısıyla DOM, organik materyalde bulunan nitrojen, oksijen ve hidrojen gibi diğer elementlerin kütlesini de içerir. DOC, DOM'nin bir bileşenidir ve genellikle DOC'un yaklaşık iki katı kadar DOM vardır. DOC hakkında yapılabilecek birçok açıklama DOM için de geçerlidir ve bunun tersi de geçerlidir .
DOC, deniz ve tatlı su sistemlerinde bol miktarda bulunur ve atmosferdekiyle aynı miktarda karbonu ve tüm organik karbonun %20'sini oluşturan , Dünya'daki en büyük döngülü organik madde rezervuarlarından biridir . Genel olarak, organik karbon bileşikleri, bitkiler ve hayvanlar da dahil olmak üzere ölü organik maddelerden ayrıştırma işlemlerinin sonucudur . DOC, herhangi bir su kütlesinin içinden veya dışından kaynaklanabilir. Su kütlesi içinden kaynaklanan DOC, otokton DOC olarak bilinir ve tipik olarak su bitkilerinden veya alglerden gelirken, su kütlesi dışından kaynaklanan DOC, allokton DOC olarak bilinir ve tipik olarak topraktan veya karasal bitkilerden gelir . Su, yüksek oranda organik toprak içeren arazi alanlarından geldiğinde, bu bileşenler DOC olarak nehirlere ve göllere akabilir.
Deniz DOC havuzu, kimyasal ve biyolojik dünyalar arasındaki arayüzde oldukları için deniz ekosistemlerinin işleyişi için önemlidir. DOC , deniz besin ağlarını besler ve Dünya'nın karbon döngüsünün önemli bir bileşenidir .
genel bakış
DOC, mikroorganizmaların büyümesini destekleyen temel bir besindir ve mikrobiyal döngü yoluyla küresel karbon döngüsünde önemli bir rol oynar . Geleneksel anlamda beslenmeyen bazı organizmalarda (aşamalarda) çözünmüş madde tek dış besin kaynağı olabilir. Ayrıca DOC, akarsulardaki organik yüklerin yanı sıra organik maddenin karada işlenmesini (örneğin toprak, ormanlar ve sulak alanlar içinde) desteklemenin bir göstergesidir. Çözünmüş organik karbon, yüksek dereceli akışlara kıyasla birinci dereceden akışlarda yüksek oranda biyolojik olarak bozunabilir çözünmüş organik karbona (BDOC) sahiptir. Geniş sulak alanların , bataklıkların veya bataklıkların yokluğunda, bozulmamış su havzalarında DOC'nin temel akış konsantrasyonları genellikle yaklaşık 1 ila 20 mg/L karbon arasında değişir. Karbon konsantrasyonları ekosistemler arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Örneğin, Everglades aralığın tepesine yakın olabilir ve okyanusların ortası dibe yakın olabilir. Bazen, yüksek organik karbon konsantrasyonları antropojenik etkilere işaret eder, ancak çoğu DOC doğal olarak kaynaklanır.
BDOC fraksiyon organik oluşur molekülleri heterotrofik bakteriler enerji ve karbon kaynağı olarak kullanılabilir. DOC'nin bazı alt kümeleri, içme suyu için dezenfeksiyon yan ürünlerinin öncülerini oluşturur. BDOC, su dağıtım sistemlerinde istenmeyen biyolojik yeniden büyümeye katkıda bulunabilir.
Toplam organik karbonun (TOC) çözünmüş fraksiyonu operasyonel bir sınıflandırmadır. Birçok araştırmacı, 0,45 μm'lik bir filtreden geçen bileşikler için "çözünmüş" terimini kullanır, ancak daha yüksek kolloidal konsantrasyonları gidermek için 0,22 μm filtreler de kullanılmıştır.
Deniz kimyasında tipik olarak kullanılan çözünmüş maddenin pratik bir tanımı, nominal gözenek boyutu yaklaşık 0,7 μm olan bir GF/F filtresinden geçen tüm maddelerdir (Whatman cam mikrofiber filtre, 0,6–0,8 μm partikül tutma). Önerilen prosedür , tipik olarak GF/F sınıflandırması olan önceden yakılmış cam elyaf filtreler aracılığıyla filtrelemeyi gerektiren HTCO tekniğidir.
Kararsız ve inatçı
Çözünmüş organik madde, reaktivitesine bağlı olarak kararsız veya inatçı olarak sınıflandırılabilir. İnatçı DOC da denir refrakter DOC ve bu terimler DOC bağlamında birbirlerinin yerine kullanılabilir görünmektedir. DOC'nin kökenine ve bileşimine bağlı olarak davranışı ve döngüsü farklıdır; DOC'nin kararsız fraksiyonu mikrobiyal veya fotokimyasal olarak aracılık edilen süreçlerle hızla ayrışır, buna karşılık refrakter DOC bozulmaya karşı dirençlidir ve okyanusta bin yıl boyunca kalabilir. Kıyı okyanusunda, karasal bitki döküntülerinden veya topraklardan gelen organik madde daha dirençli görünmektedir ve bu nedenle çoğu zaman muhafazakar davranır. Ek olarak, refrakter DOC, bileşimini yeniden şekillendiren kararsız DOC'nin bakteriyel transformasyonu ile okyanusta üretilir.
Doğal sistemlerdeki sürekli üretim ve bozunma nedeniyle, DOC havuzu, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi devir sürelerine bağlı olarak kararsızdan inatçıya kadar fraksiyonlara bölünmüş, her biri kendi reaktivitesine sahip bir reaktif bileşik spektrumu içerir. ..
|
Kararsızdan inatçıya kadar DOC havuz spektrumu
|
|||
|---|---|---|---|
| DOC kesri | kısaltma | Devir süresi | Miktar |
| kararsız | belge | saatler ila günler | < 200 Tg C |
| yarı kararsız | DOCSL | haftalar ila aylar | ∼600 Tg C |
| yarı inatçı | DOCSR | onlarca yıl | ∼1400 Tg C |
| inatçı | DOCR | binlerce yıl | ∼63000 Tg C |
| son derece dayanıklı | on binlerce yıl | ||
Devir veya bozunma sürelerindeki bu geniş aralık, kimyasal bileşim, yapı ve moleküler boyut ile bağlantılıdır, ancak bozunma aynı zamanda çevresel koşullara (örneğin besinler), prokaryot çeşitliliğine, redoks durumuna, demir mevcudiyetine, mineral-parçacık ilişkilerine, sıcaklığa da bağlıdır. , güneş ışığına maruz kalma, inatçı bileşiklerin biyolojik üretimi ve tek tek moleküllerin hazırlanmasının veya seyreltilmesinin etkisi. Örneğin lignin, aerobik topraklarda bozunabilir, ancak anoksik deniz tortullarında nispeten inatçıdır. Bu örnek, biyoyararlanımın ekosistem özelliklerinin bir fonksiyonu olarak değiştiğini göstermektedir. Buna göre, petrol, karboksil bakımından zengin alisiklik moleküller gibi normal olarak eski ve inatçı bileşikler bile uygun çevresel ortamda bozunabilir.
karasal ekosistemler
Toprak
P = fotosentez R = solunum
Çözünmüş organik madde (DOM), en aktif ve hareketli karbon havuzlarından biridir ve küresel karbon döngüsünde önemli bir role sahiptir. Buna ek olarak, çözünmüş organik karbon (DOC), toprak negatif elektrik yükleri denitrifikasyon sürecini, toprak çözeltisindeki asit-baz reaksiyonlarını , besinlerin ( katyonlar ) tutulmasını ve yer değiştirmesini ve ağır metallerin ve ksenobiyotiklerin immobilizasyonunu etkiler . Toprak DOM, yağışta çözünen atmosferik karbon, çöp ve mahsul artıkları, gübre, kök salgıları ve toprak organik maddesinin (SOM) ayrışması gibi farklı kaynaklardan (girdiler) elde edilebilir. Toprakta DOM mevcudiyeti, adsorpsiyon ve desorpsiyon prosesleri ile modüle edilen mineral bileşenlerle (örneğin kil, Fe ve Al oksitler) etkileşimlerine bağlıdır . Aynı zamanda mineralizasyon ve immobilizasyon süreçleri ile SOM fraksiyonlarına (örneğin, stabilize organik moleküller ve mikrobiyal biyokütle) bağlıdır. Ek olarak, bu etkileşimlerin yoğunluğu toprağın doğal özelliklerine, arazi kullanımına ve ürün yönetimine göre değişir.
Organik maddelerin ayrışması sırasında çoğu karbon CO olarak kaybolur 2 mikrobiyal oksidasyonu ile atmosfere. Toprak tipi ve peyzaj eğimi, yıkama ve akış da topraktaki DOM kayıplarıyla ilişkili önemli süreçlerdir. İyi drene edilmiş topraklarda, yıkanmış DOC su tablasına ulaşabilir ve yeraltı suyunu kirletebilecek besinleri ve kirleticileri serbest bırakabilirken , akış DOM ve ksenobiyotikleri diğer alanlara, nehirlere ve göllere taşır.
yeraltı suyu
Yağış ve yüzey suyu, bitki örtüsünden ve bitki çöpünden çözünmüş organik karbonu (DOC) süzer ve toprak kolonundan doymuş bölgeye süzülür . DOC'nin konsantrasyonu, bileşimi ve biyoyararlanımı, toprak kolonu boyunca taşıma sırasında sorpsiyon , desorpsiyon , biyobozunma ve biyosentez dahil olmak üzere çeşitli fizikokimyasal ve biyolojik işlemlerle değiştirilir . Hidrofobik moleküller tercihen toprak minerallerine bölünür ve toprakta hidrofilik moleküllere göre daha uzun tutulma süresine sahiptir . Topraktaki kolloidlerin ve çözünmüş moleküllerin hidrofobikliği ve alıkonma süresi, büyüklükleri, polariteleri, yükleri ve biyoyararlanımları ile kontrol edilir . Biyoyararlı DOM, boyut ve moleküler ağırlıkta bir azalma ile sonuçlanan mikrobiyal ayrışmaya tabi tutulur. Yeni moleküller toprak mikropları tarafından sentezlenir ve bu metabolitlerin bazıları yeraltı suyunda DOC rezervuarına girer.
Tatlı su ekosistemleri
Sudaki karbon farklı şekillerde oluşur. İlk olarak, organik ve inorganik karbon arasında bir ayrım yapılır. Organik karbon , detritus veya birincil üreticilerden kaynaklanan organik bileşiklerin bir karışımıdır. POC ( partiküllü organik karbon ; partiküller > 0,45 µm) ve DOC (çözünmüş organik karbon; partiküller < 0,45 µm) olarak ikiye ayrılabilir . DOC genellikle toplam sudaki organik karbon miktarının %90'ını oluşturur. Konsantrasyonu 0,1 ila >300 mg L-1 arasında değişmektedir.
Benzer şekilde, inorganik karbon da bir parçacıktan (PIC) ve bir çözünmüş fazdan (DIC) oluşur. PIC esas olarak karbonatlardan (örneğin CaCO3) oluşur, DIC karbonattan (CO32-), bikarbonattan (HCO3-), CO2'den ve ihmal edilebilecek kadar küçük bir karbonik asit fraksiyonundan (H2CO3) oluşur. İnorganik karbon bileşikleri, suyun pH'ına bağlı olarak dengede bulunur. Tatlı sudaki DIC konsantrasyonları, asidik sularda yaklaşık sıfırdan karbonat bakımından zengin çökeltilerin bulunduğu bölgelerde 60 mg CL-1'e kadar değişir.
POC, DOC oluşturmak üzere indirgenebilir; DOC, flokülasyon yoluyla POC haline gelebilir . İnorganik ve organik karbon, suda yaşayan organizmalar aracılığıyla bağlantılıdır . CO2, örneğin makrofitler tarafından fotosentezde (P) kullanılır, solunum (R) ile üretilir ve atmosferle değiştirilir. Organik karbon organizmalar tarafından üretilir ve yaşamları sırasında ve sonrasında salınır; örneğin nehirlerde toplam DOC miktarının %1-20'si makrofitler tarafından üretilir. Karbon sisteme havzadan girebilir ve nehirler ve akarsular yoluyla okyanuslara taşınır. Sedimentlerde karbon ile değişim de vardır, örneğin, su habitatlarında karbon tutulması için önemli olan organik karbonun gömülmesi .
Su sistemleri, küresel karbon sekestrasyonunda çok önemlidir; örneğin, farklı Avrupa ekosistemleri karşılaştırıldığında, iç su sistemleri ikinci en büyük karbon yutağını oluşturur (19–41 Tg C y-1); sadece ormanlar daha fazla karbon alır (125–223 Tg C y-1).
Deniz ekosistemleri
Kaynaklar
Deniz sistemlerinde DOC, otokton veya allokton kaynaklardan kaynaklanır. Otokton DOC, sistem içinde, öncelikle plankton organizmaları ve kıyı sularında ek olarak bentik mikroalgler, bentik akışlar ve makrofitler tarafından üretilirken, allokton DOC, esas olarak yeraltı suyu ve atmosferik girdilerle desteklenen karasal kökenlidir. Topraktan türetilen hümik maddelere ek olarak , karasal DOC ayrıca yağmur olayları sırasında ihraç edilen bitkilerden sızan materyali, atmosfere bitki materyallerinin emisyonlarını ve su ortamlarında birikme (örneğin, uçucu organik karbon ve polenler) ve ayrıca binlerce sentetik insan- okyanusta eser konsantrasyonlarda ölçülebilen organik kimyasallar yaptı.
Çözünmüş organik karbon (DOC), dünyanın en büyük karbon havuzlarından birini temsil eder. Atmosfere benzer miktarda karbon içerir ve deniz biyokütlesinde bağlı karbon miktarını iki yüz kattan fazla aşmaktadır . DOC, esas olarak birincil üretim ve zooplankton otlatma işlemleri sırasında yüzeye yakın katmanlarda üretilir . Diğer deniz DOC kaynakları, partiküllerden çözünme, karasal ve hidrotermal havalandırma girişi ve mikrobiyal üretimdir . Prokaryotlar (bakteriler ve arkeler) DOC havuzuna kapsüler materyalin, ekzopolimerlerin ve hidrolitik enzimlerin salınımı ve ayrıca mortalite (örn. viral şant ) yoluyla katkıda bulunur . Prokaryotlar aynı zamanda DOC'nin ana ayrıştırıcılarıdır, ancak en inatçı DOC formlarından bazıları için hidrotermal sistemlerde çok yavaş abiyotik bozunma veya muhtemelen batan partiküllere sorpsiyon ana uzaklaştırma mekanizması olabilir. DOC-mikrop-etkileşimleri hakkında mekanik bilgi, bu aktif karbon rezervuarının döngüsünü ve dağılımını anlamak için çok önemlidir.
fitoplankton
Fitoplankton, türden türe değişmekle birlikte, toplam birincil üretiminin genellikle %5 ila %30'unu oluşturan hücre dışı salınım yoluyla DOC üretir . Bununla birlikte, hücre dışı DOC'nin bu salınımı, yüksek ışık ve düşük besin seviyeleri altında arttırılır ve bu nedenle, muhtemelen hücresel enerjiyi dağıtmak için bir mekanizma olarak, ötrofik alanlardan oligotrofik alanlara nispeten artması gerekir. Fitoplankton ayrıca fizyolojik stres durumları, örneğin besin sınırlaması sırasında otoliz yoluyla DOC üretebilir . Diğer çalışmalar, fitoplankton ve bakteriler üzerinde mezo- ve makro-zooplankton beslenmesi ile bağlantılı olarak DOC üretimini göstermiştir.
zooplankton
DOC'nin zooplankton aracılı salınımı, mikroplar için önemli enerji kaynakları olabilen özensiz beslenme , atılım ve dışkılama yoluyla gerçekleşir . Bu tür DOC üretimi, yüksek gıda konsantrasyonu ve büyük zooplankton türlerinin baskın olduğu dönemlerde en fazladır.
Bakteriler ve virüsler
Bakteriler genellikle DOC'nin ana tüketicileri olarak görülür, ancak hücre bölünmesi ve viral lizis sırasında da DOC üretebilirler . Bakterilerin biyokimyasal bileşenleri büyük ölçüde diğer organizmalarla aynıdır, ancak hücre duvarındaki bazı bileşikler benzersizdir ve bakteri kaynaklı DOC'yi (örneğin peptidoglikan ) izlemek için kullanılır . Bu bileşikler okyanusta yaygın olarak dağılmıştır, bu da bakteriyel DOC üretiminin deniz sistemlerinde önemli olabileceğini düşündürmektedir. Virüsler, algler, bakteriler ve zooplankton dahil tüm yaşam formlarını enfekte eden okyanuslarda en bol bulunan yaşam formlarıdır. Enfeksiyondan sonra virüs ya uykuda ( lizojenik ) ya da üretken ( litik ) duruma girer . Litik döngü, hücrenin/hücrelerin bozulmasına ve DOC'nin salınmasına neden olur.
Sağ taraf: biyokütle kazanmak için çözünmüş organik karbon kullanan bakteriler ile mikrobiyal döngü, daha sonra protistler aracılığıyla klasik karbon akışına yeniden girer.
makrofitler
Deniz makrofitleri (yani, makroalgler ve deniz otu ) oldukça üretkendir ve kıyı sularında geniş alanlara yayılmıştır, ancak DOC üretimleri fazla ilgi görmemiştir. Makrofitler büyüme sırasında ihtiyatlı bir tahminle (çürüyen dokulardan salıverilme hariç) DOC salgılarlar, bu da makroalglerin brüt birincil üretimlerinin %1-39'unu saldığını gösterirken, deniz çayırları brüt birincil üretimlerinin DOC olarak %5'inden azını salmaktadır. Serbest bırakılan DOC'nin, sıcaklık ve ışık mevcudiyetine bağlı oranlarda karbonhidratlar açısından zengin olduğu gösterilmiştir. Küresel olarak makrofit topluluklarının, yıllık küresel nehir DOC girdisinin (250 Tg C yıl-1) yaklaşık yarısı olan ∼ 160 Tg C yıl–1 DOC üretmeleri önerilmiştir.
Deniz tortulları
Deniz tortulları , okyanusta OM bozunmasının ve gömülmenin ana bölgelerini temsil eder ve su sütununda bulunandan 1000 kata kadar daha yüksek yoğunluklarda mikropları barındırır . Sedimentlerdeki DOC konsantrasyonları genellikle üstteki su sütunundakinden bir büyüklük sırası daha yüksektir. Bu konsantrasyon farkı, devam eden bir yayılım akışıyla sonuçlanır ve tortuların, nehirlerden DOC girdisiyle karşılaştırılabilir olan 350 Tg C yıl–1 salan ana DOC kaynağı olduğunu gösterir. Bu tahmin, hesaplanan yayılma akılarına dayanmaktadır ve aynı zamanda DOC'yi serbest bırakan yeniden süspansiyon olaylarını içermez ve bu nedenle tahmin ihtiyatlı olabilir. Ayrıca, bazı araştırmalar, jeotermal sistemlerin ve petrol sızıntısının, derin okyanus havzalarına önceden yaşlanmış DOC ile katkıda bulunduğunu göstermiştir , ancak genel girdiye ilişkin tutarlı küresel tahminler şu anda eksiktir. Küresel olarak, yeraltı suları , okyanuslara olan tatlı su DOC akışının bilinmeyen bir bölümünü oluşturur. Yeraltı suyundaki DOC, karasal, sızmış deniz ve yerinde mikrobiyal olarak üretilmiş malzemenin bir karışımıdır. DOC'nin kıyı sularına olan bu akışı, yeraltı suyundaki konsantrasyonlar genellikle kıyı deniz suyundan daha yüksek olduğu için önemli olabilir, ancak şu anda güvenilir küresel tahminler de eksiktir.
lavabolar
DOC'yi okyanus suyu sütunundan uzaklaştıran ana süreçler şunlardır: (1) Örneğin, denizaltı hidrotermal sistemlerinde termal bozulma ; (2) kabarcıklı koagülasyon ve abiyotik flokülasyon içine mikro ya da sorpsiyon partiküllerine; (3) fotokimyasal reaksiyonlar yoluyla abiyotik bozunma ; ve (4) heterotrofik deniz prokaryotları tarafından biyotik bozunma . Fotokimyasal ve mikrobiyal bozunmanın birleşik etkilerinin, DOC'nin ana yutaklarını temsil ettiği öne sürülmüştür.
Termal bozulma
Okyanusta refrakter DOC'nin çıkarılmasıYüzey sularındaki fitoplankton üretimi ve besin ağı dinamikleri, değişen reaktivitelere sahip çeşitli çözünmüş moleküller karışımını serbest bırakır. Bakteriler ve arkeler, üst okyanusun yüzey ve mezopelajik sularında DOC'nin kararsız ve yarı kararsız formlarını kullanır ve okyanusta binlerce yıldır devam eden geniş bir ateşe dayanıklı DOC (RDOC) rezervuarı bırakır. Okyanus, bu moleküller çevresel koşullarla ve onları bozabilecek mikroplarla karşılaştığında refrakter DOC'yi ortadan kaldırma potansiyeline sahip çok çeşitli mikropları ve fizikokimyasal süreçleri barındıran düzensiz bir ortamdır. Fiziksel karıştırma, refrakter DOC'yi okyanus aleminde taşır ve böylece ortadan kaldırılması olasılığını artırır. Derin okyanus suları hidrotermal sirkülasyona katılabilir ve ilgili DOC, termal bozunma ile giderilebilir. Üst okyanustan batan parçacıklar, mikrobiyal aktivitenin sıcak noktalarını tetikleyen ve refrakter moleküllerin çıkarılmasını hazırlayan kararsız DOC'yi (LDOC) serbest bırakır. Yeraltı sularının güneşli sulara karıştırılması, refrakter DOC'yi daha yüksek sıcaklıklara ve hızlı mikrobiyal kullanım için refrakter molekülleri mineralleştirebilen ve basit bileşiklere (örneğin piruvat, formaldehit) dönüştürebilen fotokimyasal süreçlere maruz bırakır. Böylece, okyanustaki refrakter moleküllerin ömrünün, küresel devrilme sirkülasyonu (GOC) oranı tarafından düzenlendiği görülüyor. Bu ilişki, sabit bir refrakter DOC (iç panel) üretim hızı varsayıldığında, GOC'nin yavaşlamasının refrakter DOC rezervuar boyutunda bir artışa yol açabileceğini gösterir.
DOC'nin termal bozunması , çıkış DOC konsantrasyonlarının içeri akıştan daha düşük olduğu yüksek sıcaklıktaki hidrotermal sırt kenarlarında bulunmuştur. Bu süreçlerin küresel etkisi araştırılmamış olsa da, mevcut veriler bunun küçük bir DOC havuzu olduğunu gösteriyor. Abiyotik DOC topaklanması genellikle tatlı ve deniz sularının karıştığı tuzluluktaki hızlı (dakikalar) kaymalar sırasında gözlenir. Flokülasyon, hümik bileşikleri uzaklaştırarak ve moleküler boyutu azaltarak, DOC'yi çökelebilen ve/veya sıyırıcı ve filtre besleyiciler tarafından tüketilebilen partikül organik topaklara dönüştürerek DOC kimyasal bileşimini değiştirir , ancak aynı zamanda topaklanmış DOC'nin bakteriyel bozunmasını da uyarır. Flokülasyonun kıyı sularından DOC'nin uzaklaştırılması üzerindeki etkileri oldukça değişkendir; bazı çalışmalar DOC havuzunun %30'a kadarını kaldırabileceğini öne sürerken, diğerleri çok daha düşük değerler (%3–6;) bulmuştur. Bu tür farklılıklar, DOC kimyasal bileşimi, pH, metalik katyon konsantrasyonu, mikrobiyal reaktivite ve iyonik güçteki mevsimsel ve sistem farklılıklarıyla açıklanabilir.
CDOM
DOC renkli fraksiyon (CDOM) mavi ve UV ışık aralığında ışık absorbe eder ve bu nedenle, aksi fotosentez için kullanılabilir ve zararlı da UV ışığı ile ilgili plankton organizmaların koruyarak olacağını, ışık emici hem negatif plankton verimi etkilemektedir. Bununla birlikte, UV hasarının etkisi ve onarım yeteneği son derece değişken olduğundan, UV ışığı değişikliklerinin genel plankton topluluklarını nasıl etkileyebileceği konusunda bir fikir birliği yoktur. Işığın CDOM absorpsiyonu, besin, eser metal ve DOC kimyasal bileşimini etkileyebilen ve DOC bozulmasını teşvik edebilen karmaşık bir dizi fotokimyasal süreci başlatır.
fotodegradasyon
Fotodegradasyon , CDOM'un daha küçük ve daha az renkli moleküllere (örneğin organik asitler) veya inorganik karbona (CO, CO2) ve besin tuzlarına (NH+4, HPO2−4) dönüşmesini içerir. Bu nedenle, genellikle fotodegradasyonun inatçıyı, prokaryotlar tarafından biyokütle üretimi ve solunum için hızla kullanılabilen kararsız DOC moleküllerine dönüştürdüğü anlamına gelir. Bununla birlikte, trigliseritler gibi bileşiklerin mikroplar tarafından daha az parçalanabilen daha karmaşık aromatik bileşiklere dönüştürülmesi yoluyla CDOM'u da artırabilir. Ayrıca UV radyasyonu, örneğin mikroplar için zararlı olan reaktif oksijen türleri üretebilir. Fotokimyasal süreçlerin DOC havuzu üzerindeki etkisi kimyasal bileşime de bağlıdır; bazı çalışmalar, yakın zamanda üretilen otokton DOC'nin daha az biyoyararlı hale geldiğini, allokton DOC'nin güneş ışığına maruz kaldıktan sonra prokaryotlar için daha fazla biyoyararlı hale geldiğini, ancak diğerlerinin aksini bulmuştur. Fotokimyasal reaksiyonlar, yüksek karasal kaynaklı CDOM yükleri alan kıyı sularında özellikle önemlidir ve karasal DOC'nin tahmini ∼ %20-30'u hızla fotodegradasyona uğrar ve tüketilir. Küresel tahminler ayrıca deniz sistemlerinde DOC'nin fotodegradasyonunun ∼180 Tg C yıl–1 inorganik karbon ürettiğini ve ek olarak 100 Tg C yıl–1 DOC'nin mikrobiyal bozunma için daha uygun hale geldiğini göstermektedir. Küresel okyanus tahminlerine yönelik bir başka girişim de, fotodegradasyonun (210 Tg C yıl-1) nehir kıyısındaki DOC'nin (250 Tg C yıl-1;) yıllık küresel girdisi ile yaklaşık olarak aynı olduğunu öne sürerken, diğerleri doğrudan fotodegradasyonun nehir DOC'sini aştığını öne sürüyor. girdiler.
inatçı DOC
DOC kavramsal olarak, heterotrofik mikroplar tarafından hızla alınan kararsız DOC ve okyanusta biriken inatçı DOC rezervuarı (Hansell'in tanımına göre) olarak ikiye ayrılır. İnatçılığının bir sonucu olarak, biriken DOC, yüzey sularında 1.000 ila 4.000 yıl arasında ve derin okyanusta 3.000 ila 6.000 yıl arasında ortalama radyokarbon yaşlarına ulaşır; bu, her biri 300 ila 1.400 yıl arasında birkaç derin okyanus karıştırma döngüsü boyunca devam ettiğini gösterir. . Bu ortalama radyokarbon yaşlarının arkasında, geniş bir yaş yelpazesi gizlidir. Follett et al. DOC'nin modern radyokarbon çağının bir kısmını içerdiğini ve DOC'nin 12.000 yıllık radyokarbon yaşlarına ulaştığını gösterdi.
Dağıtım
1990'ların sonlarında geliştirilen daha kesin ölçüm teknikleri, çözünmüş organik karbonun deniz ortamlarında hem dikey hem de yüzey boyunca nasıl dağıldığının iyi anlaşılmasını sağlamıştır. Okyanustaki çözünmüş organik karbonun çok kararsızdan çok inatçıya (refrakter) kadar bir aralığı kapsadığı artık anlaşılmıştır . Kararsız çözünmüş organik karbon, esas olarak deniz organizmaları tarafından üretilir ve okyanus yüzeyinde tüketilir ve deniz bakterileri tarafından kolaylıkla kullanılan şekerler, proteinler ve diğer bileşiklerden oluşur . Rekalsitrant çözünmüş organik karbon su sütunu boyunca eşit olarak yayılır ve lignin , polen veya hümik asitler gibi deniz organizmalarının kullanması zor olan yüksek moleküler ağırlıklı ve yapısal olarak karmaşık bileşiklerden oluşur . Sonuç olarak, gözlemlenen dikey dağılım, üst su sütununda yüksek konsantrasyonlarda kararsız DOC ve derinlikte düşük konsantrasyonlardan oluşur.
Okyanusa ait DOC'nin görünürdeki inatçılığını kontrol eden çevresel süreçlerNoktalar DOC moleküllerini, oklar ise DOC konsantrasyonunu ve moleküler bileşimi etkileyen fizikokimyasal ve biyolojik süreçleri temsil eder. Yüzey okyanusunda, birincil üretimden elde edilen DOC, mikrobiyal bozunma (siyah ok), fotokimyasal bozunma (sarı ok) veya parçacık değişimi (yeşil ok) yoluyla hızla yeniden mineralize edilir veya dönüştürülür. Kararsız bileşenler su sütunundan çıkarılır ve DOC, değiştirmeye, eklemeye ve/veya çıkarmaya devam eden partikül değişimi (kahverengi ok), tortu çözünmesi (gri ok) ve mikrobiyal yeniden işleme (beyaz ok) gibi işlemlerle seyreltilir. toplu DOC havuzundan moleküller. Bu nedenle, okyanusun iç kısmındaki DOC'nin görünürdeki inatçılığı, büyük ölçüde çevresel bağlam tarafından kontrol edilen acil bir özelliktir.
Dikey dağılımlara ek olarak, yatay dağılımlar da modellenmiş ve örneklenmiştir. 30 metre derinlikteki yüzey okyanusunda, daha yüksek çözünmüş organik karbon konsantrasyonları Güney Pasifik Girdabı, Güney Atlantik Girdabı ve Hint Okyanusu'nda bulunur. 3.000 metre derinlikte, en yüksek konsantrasyonlar, yüksek konsantrasyonlu yüzey okyanusundan çözünmüş organik karbonun derinlere taşındığı Kuzey Atlantik Derin Sularındadır. Kuzey Hint Okyanusundayken, yüksek tatlı su akışı ve tortular nedeniyle yüksek DOC gözlenir. Okyanus tabanı boyunca yatay hareketin zaman ölçekleri binlerce yıl olduğu için, refrakter çözünmüş organik karbon Kuzey Atlantik'ten giderken yavaşça tüketilir ve Kuzey Pasifik'te minimuma ulaşır.
acil olarak
Çözünmüş organik madde, binlerce, muhtemelen milyonlarca organik bileşikten oluşan heterojen bir havuzdur. Bu bileşikler yalnızca bileşim ve konsantrasyon (pM'den μM'ye) bakımından farklılık göstermez, aynı zamanda çeşitli organizmalardan (fitoplankton, zooplankton ve bakteriler) ve ortamlardan (karasal bitki örtüsü ve topraklar, kıyı kenar ekosistemleri) kaynaklanır ve yakın zamanda veya binlerce kez üretilmiş olabilir. yıllar önce. Ayrıca, aynı kaynaktan ve aynı yaştaki organik bileşikler bile aynı DOM havuzunda birikmeden önce farklı işleme geçmişlerine maruz kalmış olabilir.
İç okyanus DOM, yıllarca güneş ışığına maruz kaldıktan, heterotrofların kullanımından, flokülasyon ve pıhtılaşmadan ve parçacıklarla etkileşimden sonra kalan oldukça değiştirilmiş bir fraksiyondur. DOM havuzundaki bu işlemlerin çoğu bileşik veya sınıfa özeldir. Örneğin, yoğunlaştırılmış aromatik bileşikler oldukça ışığa duyarlıyken, proteinler, karbonhidratlar ve monomerleri bakteriler tarafından kolaylıkla alınır. Mikroplar ve diğer tüketiciler, kullandıkları DOM türünde seçicidir ve tipik olarak belirli organik bileşikleri diğerlerine tercih ederler. Sonuç olarak, sürekli olarak yeniden işlendiği için DOM daha az reaktif hale gelir. Başka bir deyişle, DOM havuzu bozulma ile daha az kararsız ve daha dirençli hale gelir. Yeniden işlenirken, organik bileşikler, fiziksel karıştırma, parçacıklarla değişim ve/veya tüketici topluluğu tarafından organik moleküllerin üretilmesi yoluyla toplu DOM havuzuna sürekli olarak eklenir. Bu nedenle, bozunma sırasında meydana gelen bileşim değişiklikleri, daha kararsız bileşenlerin basit bir şekilde çıkarılmasından ve sonuçta kalan, daha az kararsız bileşiklerin birikmesinden daha karmaşıktır.
Çözünmüş organik madde rekalsitansı (yani, bozunma ve/veya kullanıma yönelik genel reaktivitesi) bu nedenle ortaya çıkan bir özelliktir. Organik madde bozunması sırasında ve söz konusu DOM havuzuna organik bileşikleri kaldıran veya ekleyen diğer herhangi bir işlemle bağlantılı olarak DOM yeniden kalsitlenme algısı değişir.
Yüksek konsantrasyonlarda DOC'nin mikrobiyal bozunmaya karşı şaşırtıcı direnci, birkaç hipotez tarafından ele alınmıştır. Yaygın görüş, DOC'nin inatçı fraksiyonunun, mikroplar tarafından ayrışmayı önleyen belirli kimyasal özelliklere sahip olduğudur ("içsel kararlılık hipotezi"). Alternatif veya ek bir açıklama, tüm bileşiklerin kararsız olduğu, ancak mikrobiyal popülasyonları sürdürmek için tek tek çok düşük konsantrasyonlarda mevcut olduğu ancak toplu olarak büyük bir havuz oluşturduğu "seyreltme hipotezi" ile verilmektedir. Seyreltme hipotezi, son deneysel ve teorik çalışmalarda destek bulmuştur.
DOM izolasyonu ve analizi
DOM, NMR veya MS ile doğrudan analiz için doğada düşük konsantrasyonlarda bulunur . Ayrıca, DOM numuneleri genellikle bu tür tekniklerle uyumlu olmayan yüksek konsantrasyonlarda inorganik tuzlar içerir. Bu nedenle, numunenin bir konsantrasyon ve izolasyon aşaması gereklidir. En çok kullanılan izolasyon teknikleri ultrafiltrasyon , ters ozmoz ve katı faz ekstraksiyonudur . Bunlar arasında katı faz ekstraksiyonu en ucuz ve en kolay teknik olarak kabul edilir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
- Hansell DA ve Carlson CA (Eds.) (2014) Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter , İkinci baskı, Academic Press. ISBN 9780124071537 .
- Stone, Richard (18 Haziran 2010). "Deniz Biyojeokimyası: Geniş Bir Karbon Rezervuarının Arkasındaki Görünmez El". Bilim . 328 (5985): 1476–1477. Bibcode : 2010Sci...328.1476S . doi : 10.1126/science.328.5985.1476 . PMID 20558685 .