Carbon organic dizolvat - Dissolved organic carbon
| O parte dintr-o serie pe |
| Ciclul carbonului |
|---|
 |
Carbonul organic dizolvat ( DOC ) este fracțiunea de carbon organic definită operațional ca fiind cea care poate trece printr-un filtru cu o dimensiune a porilor de obicei cuprinsă între 0,22 și 0,7 micrometri . Fracția rămasă pe filtru se numește carbon organic particulat (POC).
Materia organică dizolvată (DOM) este un termen strâns legat, adesea folosit interschimbabil cu DOC. În timp ce DOC se referă în mod specific la masa de carbon din materialul organic dizolvat, DOM se referă la masa totală a materiei organice dizolvate. Deci, DOM include și masa altor elemente prezente în materialul organic, cum ar fi azotul, oxigenul și hidrogenul. DOC este o componentă a DOM și există de obicei aproximativ de două ori mai mult DOM decât DOC. Multe afirmații care pot fi făcute despre DOC se aplică în mod egal DOM și invers .
DOC este abundent în sistemele marine și de apă dulce și este unul dintre cele mai mari rezervoare ciclice de materie organică de pe Pământ, reprezentând aceeași cantitate de carbon ca în atmosferă și până la 20% din tot carbonul organic. În general, compușii organici de carbon sunt rezultatul proceselor de descompunere din materii organice moarte, inclusiv plante și animale. DOC poate proveni din interiorul sau din afara oricărui corp de apă dat. DOC care provine din corpul de apă este cunoscut sub numele de DOC autohton și provine de obicei din plante acvatice sau alge , în timp ce DOC care provine în afara corpului de apă este cunoscut sub numele de DOC alocton și de obicei provine din soluri sau plante terestre . Când apa provine din zone terestre cu o proporție mare de soluri organice, aceste componente se pot scurge în râuri și lacuri ca DOC.
Piscina DOC marină este importantă pentru funcționarea ecosistemelor marine, deoarece acestea se află la interfața dintre lumea chimică și cea biologică. DOC alimentează rețelele alimentare marine și este o componentă majoră a ciclului de carbon al Pământului .
Prezentare generală
DOC este un nutrient de bază, care susține creșterea microorganismelor și joacă un rol important în ciclul global al carbonului prin bucla microbiană . În unele organisme (etape) care nu se hrănesc în sens tradițional, materia dizolvată poate fi singura sursă externă de hrană. Mai mult, DOC este un indicator al încărcărilor organice din cursuri, precum și susține procesarea terestră (de exemplu, în sol, păduri și zone umede) a materiei organice. Carbonul organic dizolvat are o proporție mare de carbon organic dizolvat biodegradabil (BDOC) în fluxurile de ordinul întâi comparativ cu fluxurile de ordin superior. În absența zonelor umede extinse , mlaștini sau mlaștini , concentrațiile de bază ale DOC în bazinele de apă netulburate variază în general de la aproximativ 1 până la 20 mg / l carbon. Concentrațiile de carbon variază considerabil între ecosisteme. De exemplu, Everglades pot fi aproape de vârful gamei, iar mijlocul oceanelor poate fi aproape de partea de jos. Ocazional, concentrațiile mari de carbon organic indică influențe antropogene, dar majoritatea DOC provine în mod natural.
Fracțiunea BDOC constă din organice molecule care heterotrofe bacteriile pot utiliza ca sursă de energie și carbon. Unele subseturi de DOC constituie precursorii subproduselor de dezinfecție pentru apa potabilă. BDOC poate contribui la regenerarea biologică nedorită în cadrul sistemelor de distribuție a apei.
Fracția dizolvată din carbonul organic total (TOC) este o clasificare operațională. Mulți cercetători folosesc termenul „dizolvat” pentru compușii care trec printr-un filtru de 0,45 μm, dar au fost folosite și filtre de 0,22 μm pentru a elimina concentrații coloidale mai mari.
O definiție practică a dizolvatului utilizat în mod obișnuit în chimia marină este toate substanțele care trec printr-un filtru GF / F, care are o dimensiune nominală a porilor de aproximativ 0,7 μm (filtru Whatman din microfibră de sticlă, retenție a particulelor de 0,6-0,8 μm). Procedura recomandată este tehnica HTCO , care necesită filtrarea prin filtre pre-arse din fibră de sticlă, de obicei clasificarea GF / F.
Labil și recalcitrant
Materia organică dizolvată poate fi clasificată ca fiind labilă sau ca recalcitrantă, în funcție de reactivitatea acesteia. Recalcitrant DOC este, de asemenea, numit refractar DOC, iar acești termeni par a fi folosiți în mod interschimbabil în contextul DOC. În funcție de originea și compoziția DOC, comportamentul și ciclul său sunt diferite; fracțiunea labilă a DOC se descompune rapid prin procese mediate microbial sau fotochimic, în timp ce DOC refractar este rezistent la degradare și poate persista în ocean timp de milenii. În oceanul de coastă, materia organică din așternutul sau solurile de plante terestre pare a fi mai refractară și, prin urmare, se comportă adesea în mod conservator. În plus, DOC refractar este produs în ocean prin transformarea bacteriană a DOC labil, care își remodelează compoziția.
Datorită producției și degradării continue în sistemele naturale, bazinul DOC conține un spectru de compuși reactivi fiecare cu reactivitate proprie, care au fost împărțiți în fracții de la labile la recalcitrante, în funcție de timpii de rotație, așa cum se arată în tabelul următor. ..
|
Spectrul DOC pool de la labil la recalcitrant
|
|||
|---|---|---|---|
| Fracția DOC | acronim | timpul de rulare | Cantitate |
| labil | DOCL | ore în zile | <200 Tg C |
| semilabile | DOCSL | săptămâni până la luni | ∼600 Tg C |
| semi-recalcitrant | DOCSR | decenii | ∼1400 Tg C |
| recalcitrant | DOCR | mii de ani | ∼63000 Tg C |
| foarte rezistent | zeci de mii de ani | ||
Această gamă largă a timpilor de rotație sau de degradare a fost legată de compoziția chimică, structura și dimensiunea moleculară, dar degradarea depinde și de condițiile de mediu (de exemplu, nutrienți), diversitatea procariotei, starea redox, disponibilitatea fierului, asocierile mineral-particule, temperatura , expunerea la soare, producția biologică de compuși recalcitranți și efectul amorsării sau diluării moleculelor individuale. De exemplu, lignina poate fi degradată în solurile aerobe, dar este relativ recalcitrantă în sedimentele marine anoxice. Acest exemplu arată că biodisponibilitatea variază în funcție de proprietățile ecosistemului. În consecință, chiar și compușii în mod normal vechi și recalcitranți, cum ar fi petrolul, moleculele aliciclice bogate în carboxil, pot fi degradate în condițiile de mediu adecvate.
Ecosistemele terestre
Sol
P = fotosinteză R = respirație
Materia organică dizolvată (DOM) este una dintre cele mai active și mai mobile bazine de carbon și are un rol important în ciclul global al carbonului. În plus, carbonul organic dizolvat (DOC) afectează procesul de denitrificare a sarcinilor electrice negative din sol , reacțiile acid-bazice în soluția solului, reținerea și translocarea substanțelor nutritive ( cationi ) și imobilizarea metalelor grele și xenobioticelor . Solul DOM poate fi derivat din diferite surse (intrări), cum ar fi carbonul atmosferic dizolvat în precipitații, așternut și reziduuri de cultură, gunoi de grajd, exudate de rădăcină și descompunerea materiei organice din sol (SOM). În sol, disponibilitatea DOM depinde de interacțiunile sale cu componentele minerale (de exemplu, argile, oxizi de Fe și Al) modulate prin procese de adsorbție și desorbție . De asemenea, depinde de fracțiunile SOM (de exemplu, molecule organice stabilizate și biomasă microbiană) prin procese de mineralizare și imobilizare. În plus, intensitatea acestor interacțiuni se modifică în funcție de proprietățile inerente ale solului, de utilizarea terenului și de gestionarea culturilor.
În timpul descompunerii materialului organic, cel mai mult carbon se pierde ca CO 2 în atmosferă prin oxidare microbiană. Tipul solului și panta peisajului, levigarea și scurgerea sunt, de asemenea, procese importante asociate pierderilor DOM în sol. În solurile bine drenate, DOC levigat poate ajunge la pânza freatică și poate elibera substanțe nutritive și poluanți care pot contamina apele subterane , în timp ce scurgerile transportă DOM și xenobiotice către alte zone, râuri și lacuri.
Panza freatica
Precipitațiile și apele de suprafață lixivizează carbonul organic dizolvat (DOC) din vegetație și așternutul plantelor și se percolează prin coloana de sol până în zona saturată . Concentrația, compoziția și biodisponibilitatea DOC sunt modificate în timpul transportului prin coloana solului prin diferite procese fizico-chimice și biologice, inclusiv sorbția , desorbția , biodegradarea și biosinteza . Moleculele hidrofobe sunt partiționate preferențial pe mineralele solului și au un timp de retenție mai lung în sol decât moleculele hidrofile . Hidrofobicitatea și timpul de retenție al coloizilor și moleculelor dizolvate în soluri sunt controlate de dimensiunea, polaritatea, încărcarea și biodisponibilitatea lor . DOM biodisponibil este supus descompunerii microbiene, rezultând o reducere a dimensiunii și a greutății moleculare. Molecule noi sunt sintetizate de microbii solului , iar unii dintre acești metaboliți pătrund în rezervorul DOC din apele subterane.
Ecosisteme de apă dulce
Carbonul acvatic apare sub diferite forme. În primul rând, se face o împărțire între carbonul organic și cel anorganic. Carbonul organic este un amestec de compuși organici originari din detritus sau producători primari. Poate fi împărțit în POC ( carbon organic particulat; particule> 0,45 μm) și DOC (carbon organic dizolvat; particule <0,45 μm). DOC reprezintă de obicei 90% din cantitatea totală de carbon organic acvatic. Concentrația sa variază de la 0,1 la> 300 mg L-1.
De asemenea, carbonul anorganic constă și dintr-o particulă (PIC) și o fază dizolvată (DIC). PIC constă în principal din carbonați (de exemplu, CaCO3), DIC constă din carbonat (CO32-), bicarbonat (HCO3-), CO2 și o fracție neglijabil de mică de acid carbonic (H2CO3). Compușii anorganici ai carbonului există într-un echilibru care depinde de pH-ul apei. Concentrațiile DIC în apă dulce variază de la aproximativ zero în apele acide la 60 mg C L-1 în zonele cu sedimente bogate în carbonat.
POC poate fi degradat pentru a forma DOC; DOC poate deveni POC prin floculare . Carbonul anorganic și cel organic sunt legate prin organisme acvatice . CO2 este utilizat în fotosinteză (P) de exemplu de macrofite , produse prin respirație (R) și schimbate cu atmosfera. Carbonul organic este produs de organisme și este eliberat în timpul și după viața lor; de exemplu, în râuri, 1-20% din cantitatea totală de DOC este produsă de macrofite. Carbonul poate pătrunde în sistem din bazinul hidrografic și este transportat către oceane de râuri și cursuri de apă. Există, de asemenea, schimb cu carbonul în sedimente, de exemplu, îngroparea carbonului organic, care este importantă pentru sechestrarea carbonului în habitatele acvatice.
Sistemele acvatice sunt foarte importante în sechestrarea globală a carbonului; de exemplu, atunci când se compară diferite ecosisteme europene, sistemele acvatice interioare formează al doilea cel mai mare bazin de carbon (19–41 Tg C y-1); numai pădurile consumă mai mult carbon (125-223 Tg C y-1).
Ecosistemele marine
Surse
În marine provine sistemele DOC din fie autohtone sau alohtone surse. DOC autohton este produs în sistem, în principal de organismele planctonice și în apele de coastă, în plus de microalge bentonice, fluxuri bentice și macrofite, în timp ce DOC alocton este în principal de origine terestră suplimentat de ape subterane și intrări atmosferice. În plus față de substanțele humice derivate din sol , DOC terestru include și materialul levigat de la plantele exportate în timpul ploilor, emisiile de materiale vegetale în atmosferă și depunerea în medii acvatice (de exemplu, carbon organic volatil și polen), precum și mii de oameni sintetici produse chimice organice care pot fi măsurate în ocean la urme de concentrații.
Carbonul organic dizolvat (DOC) reprezintă unul dintre principalele bazine de carbon ale Pământului. Conține o cantitate similară de carbon ca atmosfera și depășește cantitatea de carbon legată în biomasa marină de peste două sute de ori. DOC este produs în principal în straturile apropiate de suprafață în timpul proceselor de producție primară și de pășunat zooplancton . Alte surse de DOC marine sunt dizolvarea din particule, aportul de ventilație terestră și hidrotermală și producția microbiană . Procariotele (bacterii și arhee) contribuie la fondul de DOC prin eliberarea de material capsular , exopolimeri și enzime hidrolitice , precum și prin mortalitate (de exemplu, șunt viral ). Procariotele sunt, de asemenea, principalii descompunători ai DOC, deși pentru unele dintre cele mai recalcitrante forme de DOC degradarea abiotică foarte lentă în sistemele hidrotermale sau, eventual, absorbția particulelor care se scufundă pot fi principalul mecanism de îndepărtare. Cunoașterea mecanicistă despre interacțiunile DOC-microb este crucială pentru a înțelege ciclul și distribuția acestui rezervor de carbon activ.
Fitoplancton
Fitoplanctonul produce DOC prin eliberare extracelulară, reprezentând în mod obișnuit între 5 și 30% din producția lor primară totală, deși aceasta variază de la specie la specie. Cu toate acestea, această eliberare de DOC extracelular este îmbunătățită la un nivel ridicat de lumină și la un nivel scăzut de nutrienți și, prin urmare, ar trebui să crească relativ de la zone eutrofice la zone oligotrofe, probabil ca mecanism de disipare a energiei celulare. Fitoplanctonul poate produce, de asemenea, DOC prin autoliză în timpul situațiilor de stres fiziologic, de exemplu, limitarea nutrienților. Alte studii au demonstrat producția de DOC în asociere cu mezo- și macro-zooplancton care se hrănesc cu fitoplancton și bacterii.
Zooplancton
Eliberarea de DOC mediată de zooplancton are loc prin hrănire neglijentă , excreție și defecare, care pot fi surse importante de energie pentru microbi. O astfel de producție de DOC este cea mai mare în perioadele cu concentrație mare de alimente și dominanță a speciilor mari de zooplancton.
Bacterii și viruși
Bacteriile sunt adesea privite ca principalii consumatori de DOC, dar pot produce și DOC în timpul diviziunii celulare și al lizei virale . Componentele biochimice ale bacteriilor sunt în mare parte aceleași cu alte organisme, dar unii compuși din peretele celular sunt unici și sunt utilizați pentru a urmări DOC derivat din bacterii (de exemplu, peptidoglican ). Acești compuși sunt distribuiți pe scară largă în ocean, sugerând că producția bacteriană de DOC ar putea fi importantă în sistemele marine. Virușii sunt cele mai abundente forme de viață din oceane care infectează toate formele de viață, inclusiv algele, bacteriile și zooplanctonul. După infecție, virusul fie intră într-o stare latentă ( lizogenă ), fie productivă ( litică ). Ciclul litic provoacă întreruperea celulei și eliberarea de DOC.
Partea dreaptă: buclă microbiană, cu bacterii care utilizează carbon organic dizolvat pentru a câștiga biomasă, care apoi reintră în fluxul clasic de carbon prin protiste.
Macrofite
Macrofitele marine (de exemplu, macroalge și ierburi marine ) sunt extrem de productive și se extind pe zone întinse din apele de coastă, dar producția lor de DOC nu a primit prea multă atenție. Macrofitele eliberează DOC în timpul creșterii cu o estimare conservatoare (excluzând eliberarea din țesuturile în descompunere) sugerând că macroalgele eliberează între 1-39% din producția lor primară brută, în timp ce iarbele marine eliberează mai puțin de 5% ca DOC din producția lor primară brută. DOC-ul eliberat sa dovedit a fi bogat în carbohidrați, cu rate în funcție de temperatură și de disponibilitatea luminii. La nivel global, comunitățile de macrofite s-au sugerat să producă 60160 Tg C an – 1 din DOC, care reprezintă aproximativ jumătate din aportul anual anual de DOC fluvial (250 Tg C an – 1).
Sedimente marine
Sedimentele marine reprezintă principalele locuri de degradare și înmormântare a OM în ocean, găzduind microbi în densități de până la 1000 de ori mai mari decât cele găsite în coloana de apă . Concentrațiile DOC din sedimente sunt adesea cu un ordin de mărime mai mare decât în coloana de apă aflată deasupra. Această diferență de concentrație are ca rezultat un flux difuziv continuu și sugerează că sedimentele sunt o sursă majoră de DOC care eliberează 350 Tg C an – 1, care este comparabilă cu aportul de DOC din râuri. Această estimare se bazează pe fluxuri difuzive calculate și nu include evenimente de resuspendare care eliberează și DOC și, prin urmare, estimarea ar putea fi conservatoare. De asemenea, unele studii au arătat că sistemele geotermale și scurgerile de petrol contribuie cu DOC pre-îmbătrânit la bazinele oceanice adânci , dar estimările globale consistente ale aportului global lipsesc în prezent. La nivel global, apele subterane reprezintă o parte necunoscută a fluxului DOC de apă dulce către oceane. DOC din apele subterane este un amestec de materiale terestre, infiltrate marine și in situ produse microbial. Acest flux de DOC către apele de coastă ar putea fi important, deoarece concentrațiile în apele subterane sunt, în general, mai mari decât în apa de mare de coastă, dar în prezent lipsesc și estimări globale fiabile.
Chiuvete
Principalele procese care elimină DOC din coloana de apă oceanică sunt: (1) Degradarea termică, de exemplu, în sistemele hidrotermale submarine ; (2) coagulare cu bule și floculare abiotică în microparticule sau absorbție în particule; (3) degradare abiotică prin reacții fotochimice ; și (4) degradarea biotică de către procariote marine heterotrofe . S-a sugerat că efectele combinate ale degradării fotochimice și microbiene reprezintă chiuvetele majore ale DOC.
Degradare termică
Îndepărtarea DOC refractar în oceanProducția de fitoplancton și dinamica rețelei alimentare în apele de suprafață eliberează un amestec divers de molecule dizolvate cu reactivități variate. Bacteriile și arheele utilizează forme labile și semilabile de DOC în apele de suprafață și mezopelagice ale oceanului superior, lăsând în urmă un vast rezervor de DOC refractar (RDOC) care persistă în ocean timp de milenii. Oceanul este un mediu neuniform care adăpostește o mare diversitate de microbi și procese fizico-chimice cu potențialul de a îndepărta DOC refractar atunci când aceste molecule întâmpină condiții de mediu și microbi care le pot degrada. Amestecul fizic transportă DOC refractar pe tot tărâmul oceanului și astfel crește probabilitatea eliminării acestuia. Apele adânci ale oceanului pot fi antrenate în circulația hidrotermală și DOC asociate pot fi eliminate prin degradare termică. Particulele scufundate din oceanul superior eliberează DOC labil (LDOC) care declanșează puncte fierbinți de activitate microbiană și inițiază îndepărtarea moleculelor refractare. Amestecarea apelor subterane în apele luminate de soare expune DOC refractar la temperaturi mai calde și procese fotochimice care pot mineraliza și transforma moleculele refractare în compuși simpli (de exemplu, piruvat, formaldehidă) pentru o utilizare microbiană rapidă. Astfel, se pare că durata de viață a moleculelor refractare în ocean este reglementată de rata circulației globale de răsturnare (GOC). Această relație indică o încetinire a GOC ar putea duce la o creștere a dimensiunii rezervorului de DOC refractar, presupunând o rată constantă de producție a DOC refractar (panou de inserare).
Degradarea termică a DOC a fost găsită la flancurile de creastă hidrotermală la temperatură ridicată, unde concentrațiile de DOC la ieșire sunt mai mici decât la intrare. În timp ce impactul global al acestor procese nu a fost investigat, datele actuale sugerează că este o scurgere DOC minoră. Flocularea DOC abiotică este adesea observată în timpul schimbărilor rapide (minute) de salinitate atunci când apele dulci și cele marine se amestecă. Flocularea schimbă compoziția chimică DOC, prin îndepărtarea humici compușilor și reducerea dimensiunii moleculare, transformarea DOC pulberi flocule organice care pot sedimente și / sau să fie consumate de grazers și alimentatoare de filtrare , dar stimulează și degradarea bacteriană a DOC floculat. Impactul floculării asupra îndepărtării DOC din apele costiere este foarte variabil, unele studii sugerând că poate elimina până la 30% din bazinul DOC, în timp ce altele găsesc valori mult mai mici (3-6%;). Astfel de diferențe ar putea fi explicate prin diferențe sezoniere și de sistem în compoziția chimică DOC, pH, concentrația de cationi metalici, reactivitatea microbiană și puterea ionică.
CDOM
Fracțiunea colorată a DOC (CDOM) absoarbe lumina în domeniul albastru și lumină UV și , prin urmare , influențează productivitatea planctonul atât în mod negativ de absorbție a luminii, care altfel ar fi disponibile pentru fotosinteză și pozitiv prin protejarea organismelor planctonice dăunătoare de lumină UV. Cu toate acestea, deoarece impactul daunelor UV și capacitatea de reparare sunt extrem de variabile, nu există un consens cu privire la modul în care modificările luminii UV ar putea afecta comunitățile globale de plancton. Absorbția CDOM a luminii inițiază o gamă complexă de procese fotochimice, care pot influența compoziția nutrienților, urme de metal și DOC și pot promova degradarea DOC.
Fotodegradare
Fotodegradarea implică transformarea CDOM în molecule mai mici și mai puțin colorate (de exemplu, acizi organici) sau în carbon anorganic (CO, CO2) și săruri nutritive (NH + 4, HPO2−4). Prin urmare, în general înseamnă că fotodegradarea transformă recalcitrantul în molecule labile DOC care pot fi utilizate rapid de procariote pentru producerea de biomasă și respirație. Cu toate acestea, poate crește și CDOM prin transformarea compușilor precum trigliceridele, în compuși aromatici mai complecși, care sunt mai puțin degradabili de către microbi. Mai mult, radiațiile UV pot produce, de exemplu, specii reactive de oxigen, care sunt dăunătoare microbilor. Impactul proceselor fotochimice asupra bazinului DOC depinde și de compoziția chimică, unele studii sugerând că DOC autohton produs recent devine mai puțin biodisponibil în timp ce DOC alocton devine mai biodisponibil procariotelor după expunerea la soare, deși alții au găsit contrariul. Reacțiile fotochimice sunt deosebit de importante în apele de coastă care primesc încărcături mari de CDOM derivat terestru, cu aproximativ 20-30% din DOC terestru fiind fotodegradat și consumat rapid. Estimările globale sugerează, de asemenea, că în sistemele marine, fotodegradarea DOC produce ∼180 Tg C yr – 1 de carbon anorganic, cu 100 Tg C yr – 1 adițional de DOC puse la dispoziția degradării microbiene. O altă încercare de estimare a oceanelor globale sugerează, de asemenea, că fotodegradarea (210 Tg C yr – 1) este aproximativ aceeași cu aportul anual anual de DOC riveran (250 Tg C yr – 1;), în timp ce altele sugerează că fotodegradarea directă depășește DOC riveran intrări.
Recalcitrant DOC
DOC este divizat conceptual în DOC labil, care este rapid preluat de microbi heterotrofi și rezervorul recalcitrant DOC, care s-a acumulat în ocean (în urma unei definiții a lui Hansell). Ca o consecință a recalcitranței sale, DOC acumulat atinge vârste medii de radiocarbon între 1.000 și 4.000 de ani în apele de suprafață și între 3.000 și 6.000 de ani în oceanul adânc, ceea ce indică faptul că persistă prin mai multe cicluri de amestec adânc între 300 și 1.400 de ani fiecare . În spatele acestor vârste medii de radiocarbon, este ascuns un spectru larg de vârste. Follett și colab. a arătat că DOC cuprinde o fracțiune din vârsta modernă a radiocarbonului, precum și DOC care atinge vârste radiocarbonice de până la 12.000 de ani.
Distribuție
Tehnicile de măsurare mai precise dezvoltate la sfârșitul anilor 1990 au permis o bună înțelegere a modului în care carbonul organic dizolvat este distribuit în mediile marine atât pe verticală, cât și pe suprafață. Acum se înțelege că carbonul organic dizolvat în ocean se întinde de la foarte labil la foarte recalcitrant (refractar). Carbonul organic labil dizolvat este produs în principal de organismele marine și este consumat în oceanul de suprafață și constă din zaharuri, proteine și alți compuși care sunt ușor de utilizat de bacteriile marine . Carbonul organic dizolvat recalcitrant este răspândit uniform în coloana de apă și constă din greutate moleculară ridicată și compuși complexi din punct de vedere structural care sunt dificil de utilizat pentru organismele marine, cum ar fi lignina , polenul sau acizii humici . Ca rezultat, distribuția verticală observată constă în concentrații mari de DOC labil în coloana superioară de apă și concentrații scăzute la adâncime.
Procese de mediu care controlează recalcitranța aparentă a DOC oceanicPunctele reprezintă molecule DOC, iar săgețile reprezintă procese fizico-chimice și biologice care influențează concentrația DOC și compoziția moleculară. În oceanul de suprafață, DOC derivat din producția primară este rapid remineralizat sau transformat prin degradare microbiană (săgeată neagră), degradare fotochimică (săgeată galbenă) sau schimb de particule (săgeată verde). Componentele labile sunt îndepărtate în jos pe coloana de apă și DOC se diluează prin procese, cum ar fi schimbul de particule (săgeata maro), dizolvarea sedimentelor (săgeata gri) și prelucrarea microbiană (săgeata albă), care continuă să se modifice, să adauge și / sau să elimine molecule din grupul DOC în vrac. Astfel, recalcitrarea aparentă a DOC în interiorul oceanului este o proprietate emergentă care este în mare măsură controlată de contextul de mediu.
Pe lângă distribuțiile verticale, distribuțiile orizontale au fost modelate și eșantionate. În oceanul de la suprafață, la o adâncime de 30 de metri, concentrațiile mai mari de carbon organic dizolvat se găsesc în Girul Pacificului de Sud, Girul Atlanticului de Sud și Oceanul Indian. La o adâncime de 3.000 de metri, cele mai mari concentrații se află în apele adânci din Atlanticul de Nord, unde carbonul organic dizolvat din oceanul de suprafață cu concentrație ridicată este îndepărtat la adâncime. În timp ce în nordul Oceanului Indian se observă DOC mare datorită fluxului ridicat de apă dulce și a sedimentelor. Deoarece scările de timp ale mișcării orizontale de-a lungul fundului oceanului sunt în mii de ani, carbonul organic dizolvat refractar este consumat încet pe drumul său din Atlanticul de Nord și atinge un minim în Pacificul de Nord.
Ca emergent
Materia organică dizolvată este un bazin eterogen de mii, probabil milioane, de compuși organici. Acești compuși diferă nu numai în ceea ce privește compoziția și concentrația (de la pM la μM), dar provin și din diferite organisme (fitoplancton, zooplancton și bacterii) și medii (vegetație terestră și soluri, ecosisteme marginale de coastă) și pot fi produse recent sau mii de ani în urmă. Mai mult, chiar și compușii organici care provin din aceeași sursă și de aceeași vârstă ar fi putut fi supuși unor istorice de procesare diferite înainte de a se acumula în același grup de DOM.
DOM oceanul interior este o fracțiune foarte modificată care rămâne după ani de expunere la lumina soarelui, utilizarea de către heterotrofi, floculare și coagulare și interacțiunea cu particulele. Multe dintre aceste procese din cadrul grupului DOM sunt compuse sau specifice clasei. De exemplu, compușii aromatici condensați sunt extrem de fotosensibili, în timp ce proteinele, carbohidrații și monomerii lor sunt ușor preluați de bacterii. Microbii și alți consumatori sunt selectivi în ceea ce privește tipul de DOM pe care îl utilizează și preferă, de obicei, anumiți compuși organici decât alții. În consecință, DOM devine mai puțin reactiv pe măsură ce este refăcut continuu. În altă ordine de idei, piscina DOM devine mai puțin labilă și mai refractară odată cu degradarea. Pe măsură ce este refăcut, compușii organici sunt adăugați continuu în grupul DOM în vrac prin amestecarea fizică, schimbul cu particule și / sau producerea de molecule organice de către comunitatea consumatorilor. Ca atare, schimbările compoziționale care apar în timpul degradării sunt mai complexe decât îndepărtarea simplă a componentelor mai labile și acumularea rezultată a compușilor rămași, mai puțin labili.
Recalcitrarea materiei organice dizolvate (adică reactivitatea sa generală la degradare și / sau utilizare) este, prin urmare, o proprietate emergentă. Percepția recalcitrantei DOM se modifică în timpul degradării materiei organice și în legătură cu orice alt proces care îndepărtează sau adaugă compuși organici în grupul DOM luat în considerare.
Rezistența surprinzătoare a concentrațiilor ridicate de DOC la degradarea microbiană a fost abordată de mai multe ipoteze. Noțiunea predominantă este că fracția recalcitrantă a DOC are anumite proprietăți chimice, care împiedică descompunerea de către microbi („ipoteza stabilității intrinseci”). O explicație alternativă sau suplimentară este dată de „ipoteza diluării”, conform căreia toți compușii sunt labili, dar există în concentrații individuale prea mici pentru a susține populațiile microbiene, dar formează colectiv un bazin mare. Ipoteza diluării a găsit sprijin în studii experimentale și teoretice recente.
Izolarea și analiza DOM
DOM se găsește în concentrații scăzute în natură pentru analiza directă cu RMN sau MS . Mai mult, probele DOM conțin adesea concentrații mari de săruri anorganice care sunt incompatibile cu astfel de tehnici. Prin urmare, este necesară o etapă de concentrare și izolare a probei. Cele mai utilizate tehnici de izolare sunt ultrafiltrarea , osmoza inversă și extracția în fază solidă . Dintre acestea , extracția în fază solidă este considerată cea mai ieftină și mai ușoară tehnică.
Vezi si
Referințe
linkuri externe
- Hansell DA și Carlson CA (Eds.) (2014) Biogeochimia materiei organice dizolvate marine , ediția a doua, Academic Press. ISBN 9780124071537 .
- Stone, Richard (18 iunie 2010). „Biogeochimie marină: mâna invizibilă din spatele unui vast rezervor de carbon”. Știință . 328 (5985): 1476–1477. Bibcode : 2010Sci ... 328.1476S . doi : 10.1126 / science.328.5985.1476 . PMID 20558685 .