碳循环

虽然微粒以粘土矿物为主的内容重要的紫外线辐射衰减器在动荡的小溪和河流,溶解和颗粒有机物质在很大程度上控制了紫外线的穿透大多数湖泊和大海。因此,这个讨论碳循环始于一个讨论的交互与CDOM的紫外线,强调水生生态系统的光学特性和渗透的太阳紫外线辐射到水里(参见章节3和6)。

5.2.1 UV-CDOM交互和水生光学性质5.2.1.1 CDOM来源和特点

因为CDOM是最重要的防紫外线溶解有机成分在水系统中,它扮演着一个重要的角色在紫外线辐射和水生碳循环之间的相互作用。如用于本章,CDOM包括疏水的有机物质被称为“腐殖质物质”[7、13]。这些物质是指阴离子有机混合物的化学特征复杂,缺乏物质含有酚醛和羧基组十三至十八[]。Terrestrially-derived CDOM来源于通过死去的植物材料的分解,引入水从土地通过淋溶和径流。CDOM也可以通过衰变产生的藻类的碎屑;这源CDOM的称为“microbially-derived”(15、16)。有证据表明,CDOM海洋中也可以产生的光反应[19]的甘油三酸酯和脂肪酸等地区海洋表面微层[5]。

有区分不同腐殖物质的光学和物理化学性质相关的这些物质的分子性质十三至十八[]。CDOM只占一小部分医生的开放海洋和它有一个显著降低芳烃含量和特定的吸收系数比terrestrially-derived CDOM [13]。这些差异可以归因于变化来源(13、15、16 18)和/或转换CDOM的[19-35]。

光吸收通过CDOM通常减少大约随波长的增加时尚指数[13]。(X)的吸收系数定义为:

(X)的水样的吸光度或水溶液的分离CDOM波长X的细胞通路长度即(X)和波长之间的关系(nm)可以表示为下列形式的方程(A) = (A0) es (4°»(2)

年代,光谱斜率系数,计算了非线性最小二乘拟合程序,和一个(X0)是在参考波长X0吸收系数。S是一个参数,描述如何迅速的吸收随波长增大而减小。特定的吸收系数()*,定义的关系:

在[医生]和mg CL_1 DOC浓度表示。

系数,*和S (X),不同时空上[13日18]虽然变化不大CDOM的相似性和沿海水域。一般来说,价值观在uv - b (X) *地区观察到更低了非常明确的贫瘠的扰动比沿海海域和淡水河强烈影响陆地输入。年代紫外区域通常增加而减少{X) *,从低至0.012 - -0.013 nm-1对一些高度吸收沿海水域为弱吸收超过0.02 nm-1贫瘠水域[13]。年代急剧变化会发生在沿海地区向海的横断面(36-38)海洋(microbially-derived ?) CDOM的来源在哪里成为占主导地位的横断面,也许是terrestrially-derived CDOM删除光化学和生物过程。

5.2.1.2 CDOM对紫外线穿透的影响

详细的概念和优雅的数值模型已经开发描述太阳辐射的传播在水生生态系统和彻底的几个评论文学出现了[39-41]。太阳辐照度在给定波长大约减少渗透指数作为一个地区的统一构成自然水体。自然对数的斜率辐照度与深度的情节被称为“漫射衰减系数(Xd (/ l))。”的diffuse attenuation coefficient fordown-welling辐照度在给定波长可以建模为一个函数的海水的组成关注被水吸收,chlorophyll-like色素,和溶解有机碳(DOC) 40, 42岁,43岁,在某些新鲜的-

水域,非生命的颗粒物,包括碎屑和悬浮沉积物主要粘土矿物,可以做出重大贡献,紫外线和可见光衰减(41,44岁,45)。经常暴露于紫外线辐射可以开发微生物细胞UV-protective mycosporine-like氨基酸等物质(马斯河,参见第十章),吸收紫外线的地区。这样的生物体或碎屑来源于他们在生态系统,可以大大有助于紫外线衰减DOC浓度较低(41岁,46)。

各种淡水和海洋环境的研究表明,医生,以及在较小程度上开阔海域有机胶体,扮演着重要的角色在太阳紫外线辐射的衰减(13日,45 - 54)。并不是所有的医生负责这样的衰减;CDOM是防紫外线的组分。CDOM强烈吸收uv - b辐射和紫外线a和吸收足够大的可见(400 - 700 nm)地区,它影响的遥感海洋颜色[13百分比较54]。一个重要的特征吸收光谱CDOM的指数增加与减少吸收波长在紫外区域。这个特性允许CDOM有效保护水生生态系统不受uv - b辐射的伤害,同时允许有益photorepairing (a)和PAR更有效地传播到水里。努力模型CDOM的光谱影响初级生产[55]和微生物过程[56]的报告。

CDOM浓度变化的相似性和大海在紫外线穿透引起重大变化。这些变化发生季节性(13,46岁,48-54 57),他们还可能与气候(50,第17章),raybet雷竞技最新酸沉积[50]和土地利用的变化。

来说紫外线对CDOM光学性质的影响

微生物不容易分解高分子物质构成CDOM,但CDOM转换加速暴露在太阳紫外线辐射。在本节中,对CDOM这样转换光学特性的影响进行了讨论。此外,参见5.2.3节和第六章讨论的其他方面的紫外线对CDOM分解的影响。多年以来,吸收太阳紫外线辐射的terrestrially-derived腐殖质物质和CDOM的结果在减少其光吸收和荧光(即光漂白)[52-54 19-35 3 - 8,13日,57岁的58],水样CDOM的淡水和沿海地区影响河流的输入很容易漂白接触自然与并发增加太阳辐射光谱斜率系数(18岁,35)。淡水湖泊在美国的研究得出的结论是,acid-neutralizing能力特别重要影响光漂白率[28],但其他研究在南美洲和南极洲没有发现碱度对利率的影响(Zagarese,个人沟通,2002),氧浓度等因素[60][59]和温度也会影响光漂白效率。

测量“表观量子产率光谱能够测定波长光化反应的影响。“表观量子产率”这一术语表示每吸收爱因斯坦photoproduct形成的物质的量(摩尔光子)的辐射

2 CD

2 CD

280 300 320 340 360 380 400波长,海里

图2。表观量子产率光谱的光漂白CDOM源自于圣劳伦斯河口。(改编自怀特黑德et al。[29],图4中,p。285,版权2000年,湖沼学和海洋学的美国社会,Inc .)

特定的波长。明显的量子产量提供一个有用的无单位计DOM的光反应的比较从不同的自然水域。最近出版的量子产率光谱对CDOM光漂白如图2所示,CDOM的波长依赖每吸收爱因斯坦是绘制吸光度的损失。这些和其他量子产量光谱表明,效率CDOM吸收和荧光光漂白的紫外线地区最大的[35 23日,29日,61]。

excitation-emission矩阵CDOM荧光光谱(eem)也正在改变暴露于太阳辐射,通常与减少荧光大约平行(36-38)吸收损失。蓝转移(转移到更短的波长)发生在激发和发射最大值辐照[36-38]。光化学和之间的相互作用微生物降解[38]。

CDOM的光漂白包括两个一般类的光反应发生水生环境:直接和间接(论述)(62,63年,第8章)。直接光反应涉及photoreactive组成(s)的光吸收CDOM产生活性激发态。另一方面,光反应还包括间接光学处理,也通过光吸收CDOM发起的。间接光反应发生通过各种短暂的反应性瞬变的独到,如激发态,或物种产生,通过系统扩散,然后与CDOM发生反应,硫化合物(见第4节)或其他成分的水。有充分的证据从连续或激光闪光光解实验,各种反应性瞬变产生的辐照CDOM(62年,第8章)。氧气分子往往是参与反应性瞬态的形成。CDOM光反应可能进行直接或间接的途径或通过两个途径。过氧化物反应迅速的找到CDOM[64]表明,间接涉及这种瞬态可能导致CDOM光化学的光反应。与羟基自由基反应的CDOM占一小部分光漂白[65]。最近的一项研究由德尔维奇奥和Blough[35]表明,光漂白CDOM的单色辐射照射波长最迅速的发生,表明直接光解是至少部分参与了光漂白。 With complex substances such as CDOM, it is conceivable that photoreactions may involve trapping of reactive transients before they can diffuse away into bulk aqueous solution.

5.2.2紫外线与水生碳捕获和储存

浮游植物群落主要是负责生产的生物质在大型湖泊和海洋。淹没和部分被淹水生植被发挥核心作用建立生物质在许多淡水系统[66]、淡水河也接收输入的移置(外部)有机质来源于陆生植物和土壤和河流运输大量(~ 400 teragrams (Tg) C yr_1;1 Tg = 1012 g)的陆地有机物到沿海水域(67 - 71)。的uv - b的影响对陆生植物生产力[72]和水下植物(45,第11章)讨论。

迴圈浮游植物光合作用

鉴于水生浮游植物生物学的重要作用碳捕获,了解紫外线与浮游植物的相互作用是至关重要的。浮游植物在海上开展地球上大约一半的光合作用。浮游植物光合作用降低了二氧化碳的分压在海洋上,从而促进从大气中二氧化碳的吸收。光合作用产生的有机碳形成海洋食物网的基础。大约25%的浮游植物光合作用产生的有机碳从上层海洋出口到中层和深层水[73]。这个“新产品”在全球范围内估计每年大约11到16岁之间的Gt C [1 gigaton (Gt)的碳= 1015克),相信大多数的有机碳是remineralized公里的大海[73]。这个运动机制的碳从表面到深海被称为“生物泵”,它已经表明,这一过程使大气中的二氧化碳浓度约为150至200 ppmv低于如果没有海洋浮游植物[73]。

我短暂的考虑方面直接影响紫外线的浮游植物相关的碳循环。更多紫外线与浮游植物相互作用的详细注意事项见章节的尼尔•维勒范创造出et al .(第11章)和et al。(第四章)这本书。间接影响包括营养级的变化相互作用以及micronut-rients如铁的生物可用性或与有害活性氧的交互。后者在本章讨论和浮游植物的作用在紫外线的影响硫循环。

各种研究表明暴露于紫外线可以直接抑制浮游植物中的光合作用(11、12,74)。在几个不同ent位置的研究表明减少当前水平的太阳能紫外线导致增强的初级生产,和南极臭氧空洞证明下实验主要生产的是被增强的uv - b。例如,调查depth-integrated原位在南国1990年春季浮游植物生产力[75]表明,生产力降低6 - 12%内臭氧空洞Bellinghausen海与生产力在洞外。在年度基础上,此范围对应估计每年7 - 14 teragrams的生产力损失2 - 4%的生产在南极边际冰带。

行动光谱描述辐射的波长依赖生产一些生物或化学反应(8、12、76、77)。行动光谱可以用来估计紫外线对生物的影响变化,结果与臭氧层的变化以及变化的位置,时段,季节,和深度。术语“生物权重函数”(BWF)被用来区分的一种光谱用多色uv和可见辐射的一系列截止过滤器[12],作为最初被Rundel [78]。与光谱测量使用单色辐射[76],Rundel方法有助于考虑这一事实有光谱的不同部分之间的相互作用,如photorepair uv - b辐射对紫外线a的影响。行动的评价为紫外光谱抑制浮游植物光合作用也必须考虑接触的依赖光合作用,特别是互惠是否适用。“互惠”一词适用于系统的生物或化学反应仅仅暴露于紫外线取决于累积,独立于暴露的持续时间或辐照度(11、12,79)。互惠原则并不适用于浮游植物快速修复紫外线的伤害。相反,一个稳定的状态,反映了损伤和修复的平衡达到连续紫外线照射(12、80、81)。这种稳定状态可以被描述为一个函数的加权辐照度。优雅的程序建模这些影响已经发展在过去的十年里(11、12、80、81)。使用这些程序,最近的一项研究表明,seasonally-averaged行动光谱浮游植物抑制紫外线在中纬度河口(美国马里兰州罗德河)非常类似于行动光谱光抑制的南极浮游植物(图3)[80]。有趣的是,行动光谱中观察到中纬度研究预计没有表现出很大的季节性变化,但是他们确实显示主要的短期变化,可能归因于物种组成的变化等因素,营养的可用性,温度,光适应。

除了对生产的直接抑制作用,紫外线也可以参与间接影响海洋新生产的影响微量元素的生物可用性和化学反应,尤其是铁、锰、铜、。紫外线辐射也强烈影响ROS的产生,这种影响可以通过的反应ROS介导与微量金属,如铜和铁。下面将更详细地讨论的具体影响。

5.2.2.2其他紫外线与碳捕获和存储的交互

臭氧损耗的能力可能会影响海洋大气

波长(nm)

图3。比较的生物加权函数紫外线抑制光合作用的罗德河(中纬度网站、北美)和南极浮游植物。(从Banaszak允许转载和尼尔[80],图2中,p。597年,2001年版权,湖沼学和海洋学的美国社会,Inc .)

波长(nm)

图3。比较生物权重函数的紫外线抑制光合作用的罗德河(中纬度网站、北美)和南极浮游植物。(从Banaszak允许转载和尼尔[80],图2中,p。597年,2001年版权,湖沼学和海洋学的美国社会,Inc .)

二氧化碳,但净初级生产的减少对海洋的影响水槽大气二氧化碳是不确定的。除了影响浮游植物光合作用的因素是前面所讨论的,水产流通(第四章),微生物循环、光降解宏观和微量元素可用性和其他因素影响的净碳储存。此外,其他涉及营养级的交互也可能影响的间接影响生态系统生产力[82]。例如,浮游动物的垂直迁移最近被证明是对紫外线辐射敏感(83、84)。这一发现具有重要影响的碳通量通过微生物食物链,其中包括生物质能的初级生产者转移到后生动物和细菌。硫循环也可能会影响到浮游动物放牧UV-induced变化。因此,净影响碳捕获的显然不是一个线性函数增加紫外线照射。

此外,很可能与其他全球范围内环境变化之间的互动会影响生物泵和其他方面的全球biogeochemi-cal周期。例如,大气环流与气候变化有关的改变可能会影响水生混合动力,因此紫外线对光合作用的影响以及分解(图1)。此外,最近的遥感观测表明,raybet雷竞技最新变化温跃层深度在热带太平洋发生在厄尔尼诺/拉尼娜事件,强烈影响新的生产和碳出口从上层到深海[85]。这些变化会影响紫外线对浮游植物的光合作用和微生物分解的影响以及空气-海交换的气体。1982/83和1997/98的前所未有的强度的厄尔尼诺现象已经表示,他们正由人为活动的强烈影响,因此强烈的厄尔尼诺现象可能会在未来变得更加频繁。

在淡水河过去气候变化对紫外线照射的影响显著的方式沉积记录的影响。raybet雷竞技最新分析化石硅藻组合在加拿大亚北极湖泊沉积物提供了交互式的证据的影响气候变化和太阳紫外线辐射对CDOM浓度在全新世[86]。raybet雷竞技最新

5.2.3紫外线对分解的影响

2.1.3节太阳紫外线辐射的影响CDOM的光学性质进行了讨论。这里的紫外线分解被认为是更广泛的影响。详细考虑的影响紫外线辐射化学和生物分解是在1980年代开始(63、87)。这些早期的研究显示,医生扮演一个中央,在水生光化学和photo-biology多方面的作用。医生photoreacts生产atmospherically-important痕量气体和biologically-available碳和氮含量的化合物,并启动自由基和光敏反应,影响水生组成。

紫外线的影响在水生有机质的分解是抑制微生物活动造成的,通过直接的光降解CDOM和颗粒有机碳(POC)的二氧化碳和其他气体,UV-induced光降解的持久性,聚合组件的医生随时可分解的化合物。在以下部分中讨论这些影响,然后完成本节碳循环,然后描述建模和实验技术用于评估的角色UV-induced分解有机物的选择的淡水和海洋环境。

5.2.3.1微生物光抑制

细菌活动被紫外线辐射(10,56岁,88年)和直接DNA损伤(嘧啶二聚)领域的研究已经证明了(89、90)。最大的伤害是在poorly-mixed,分层的水域。然而,观察在湖泊、沿海水域和墨西哥湾和建模研究表明,微生物活动的减少与增加减毒风和表层的混合和活动在黑暗中迅速恢复(几小时)通过修复和再生(56、89、90)。建模的研究结论是,紫外线辐射造成的臭氧损耗的变化可以产生更严重的净影响细菌活动比紫外线的增加归因于[56],CDOM浓度降低。辐射放大系数(RAF)对紫外线损伤bacterioplankton接近,计算广义DNA损伤(见部分8),因此这些微生物的DNA损伤通常必须更容易受到臭氧损耗比浮游植物光合作用。然而,像浮游植物,bacterioplankton也可以修复

通过光致复活作用和切除修复DNA损伤。模型表明,造成的损害减少了CDOM增长抵消了photo-reactivation有关建模增加修复紫外线a CDOM造成的辐射损耗[56]。然而,值得注意的是,这些结果是一个敏感的函数假定破坏行动光谱、光致复活作用以及CDOM的光谱斜率系数。后者是在海水中显著高于0.014的价值被认为在建模研究(13、14),因此该研究可能低估了CDOM浓度变化的依赖净紫外线损伤。这些研究表明,紫外线辐射的负面影响微生物活动可以改变的时机和位置不稳定的微生物分解有机物在海洋上。海洋病毒的数量和分布还受到紫外线辐射的影响在海里(91、92)。病毒可以影响微生物多样性和活动,包括分解。光致修复sunlight-damaged病毒,可能通过光致复活作用,可影响细菌的存在[92]。

对陆生植物的分解者垃圾一样[72],紫外线照射也会影响在水生细菌和真菌的生长大型植物碎屑[93]。影响体现在部分附着微生物群落的变化,,例如,成为占主导地位的细菌相比,辐照微观阴影系统。微生物的酶活性也改变了uv - b辐射系统,在明显高于beta-glucosidase活动观察[93]。

5.2.3.2直接光解作用

除了对微生物活性的影响,太阳紫外线辐射对分解有直接影响。各种各样的最近的研究提供了证据,CDOM经历一系列复杂的其他光反应涉及平均分子量下降伴随着乳沟各种photo-products(68年3 - 5 8 24日25日,70年,74年,94 - 118],[60119]同位素含量的变化和消费的氧气(59,68106116)。这些反应包括直接光化学成矿CDOM的一氧化碳和溶解无机碳(DIC)。这些不同的直接途径,DIC的光生是最有效的。

它早就知道,激烈短波长紫外线辐射可以采集矿物DOC (3、7、8)。矿化实现在这种极端情况下,然而,与自然条件无关。只是最近有几个报告显示文档的相似性和海水可以直接矿化在暴露在阳光(3 8 59,70106110 - 115118]。英里,Brezonik[106]首次报告这个反应在自然淡水系统。他们提出的证据表明,这个过程包括DOC-iron复合物的光反应。最近的研究提供了一个更详细的了解光反应涉及铁的天然光致氧化DOC (59107 - 109)。明显的铁浓度在high-DOC有时发现,酸性淡水和铁可以通过河的输入,进入大海湿沉积和沉积风成尘埃。似乎未来的研究将证明铁提高光化学成矿的重要作用

医生在自然水域。然而,其他途径DIC光生必须提供不涉及铁(59,70)。无论DIC光生机制,最近的研究表明,这个过程可能会占全球年产1到12 Gt的海洋中二氧化碳C [3118]。

除了影响DOM,紫外线照射也影响分解的POC [120]。DIC的光生已经观察到一些水生植物消毒碎屑的沉浸在水和空气中,[120]。最高的生产速度观察水。尽管紫外线辐射最有效的诱导破碎分解,可见光也起到一定的作用。

一氧化碳(CO)也在水生环境中形成光化学降解的DOM(3、4、8, 22岁,94 - 105],强梯度有限公司曾被观察到在大气的最低10米大西洋[97]。样品最近的海洋表面高出约50磅10米高altitude-sampling入口。这意味着海洋来源的公司氛围,这可以增加大气浓度来源。CO活性在对流层,因此其排放量从海洋可能会影响氢氧自由基(OH)和臭氧浓度的海洋大气边界层远离大陆强大的影响。

虽然大海被认为是净源有限公司,这个源已经受到广泛的估计。最近估计来自Zafiriou et al。[105],基于建模结果派生使用量子产量有限,使用1994年太平洋水样测定,得出的结论是,公司的全球开放海洋光化学来源大约是50±10 Tg公司每年碳。沿海海洋的一个近似估计每年大约10 Tg公司碳来源。其中大部分公司生产估计被微生物而不是逃逸到大气中。微生物碳汇估算是基于一系列的孵化项目,量化公司亏损采集的新鲜海水样本。之前,更高的估计有限公司光生在海里是主要基于公司光生从terrestrially-derived CDOM [8105]。如图

300 320 340 360 380 400 420 440 460波长,海里

图4。比较明显的量子产率光谱terrestrially-derived CDOM的生产公司(•)[59103]和CDOM的大洋(O) [105]。

300 320 340 360 380 400 420 440 460波长,海里

图4。比较明显的量子产率光谱terrestrially-derived CDOM的生产公司(•)[59103]和CDOM的大洋(O) [105]。

4、表观量子产量terrestrially-derived CDOM远远超出观察与开放的海水,尤其是在对紫外线a和可见光谱区域。这种差异在量子收益率,这很大程度上占估计通量公海中越低,表明photoreactivity蓝水,algal-derived CDOM terrestrially-derived CDOM的可能截然不同。大海公司通量估计Zafiriou et al。[105]同意大约与早期估计的贝茨等。[104],但在低端的全球流量估计基于大量的研究在1980年代CO排放在大西洋的康拉德和同事[100]和CO排放在太平洋作假和凯利[102]。这些估计的差异也许反应了一定的事实,CO浓度表现出巨大的时空变异性。但他们也反映了周期性大规模CDOM的性质的变化在海洋上,与厄尔尼诺/拉尼娜事件[46岁,54岁,85]。例如,高通量由金门和凯利[102]是基于太平洋观察在1987 - 1988年的厄尔尼诺事件,而估计Zafiriou et al。[105]是基于1994年厄尔尼诺期间观测条件并不普遍。

5.2.3.3微生物基质的紫外线对不稳定性的影响

紫外线辐射可以通过修改可能影响碳循环的生物可用性微生物基质和微生物活动(4,6,8,9,38岁,67112116121 - 138]。这种效果,将这里称为photochemically-altered微生物降解,是有据可查的terrestrially-derived医生,刺激微生物活性通常是观察到的地方。这个途径的相对重要性,而直接的光降解,似乎强烈依赖于医生。初始比较使用早期识别的定量研究生物不稳定photoproducts表明DIC等其他碳photoproducts生产速度大大高于biologically-available photoproducts (BLPs)(8、9)的光生BLPs已经量化使用微生物生长指标(如吸收氚化亮氨酸),或累积细菌耗氧量在post irradiation-incubation索引(例如,呼吸活动每吸收光子)。然而,最近的研究表明,量子产量的形成在美国东南部的沿海水域BLPs相同的数量级,DIC光生[67125]。同样,直接和photochemically-stimulated微生物分解的DOC亚得里亚海和沿海北海估计大约相当于[128]。

并不是所有的结果都是一致的刺激效应,然而[128132 - 137]。地表水DOM在浩瀚的海洋中,[131132]和亚热带海草草甸[133]没有生理不稳定photoproducts来源。的海草草甸,BLPs暴露于太阳辐射而产生的效应是由于藻类发出[133]不是医生光解作用。光化反应可以减少某些有机底物的微生物可用性蛋白胨和藻类等分泌物(134 - 136),可能通过光致交联CDOM与藻类之间渗出[135]。减少细菌活动也被观察到的渗滤液UV-exposed从维管植物碎屑,这种效果是由于减少了可用性的DOM和可能的释放抑制性物质的碎屑[137]。

5.2.3.4建模UV-induced分解

大规模的模型提供了一个有用的技术,估计全球范围内通量通过碳池和臭氧损耗等环境变化如何影响通量。紫外线辐射的影响在模型分解和跟踪天然气生产需要根据现场或实验室测量方程在不同自然条件下和/或相关的实验操作的UV-induced过程变化的环境参数。各种指标的时间序列观察紫外线的影响,如大气痕量气体浓度和水生,水生CDOM浓度和紫外吸收系数、同位素和木质素的合成医生可以提供大型集成商在水生生态系统和生物地球化学循环的变化作为检查通量模型推断。

已有多种方法被用来模拟的光反应在水生环境中(3 - 6,8 - 10,67,68139 - 141]。为了说明建模方法的效用,有限的波长依赖光生通量模拟中纬度位置如图5所示。量子产率光谱,如图4所示是用于这些计算。所涉及的方程和假设中更详细地讨论这些计算

波长,纳米

图5。光谱依赖的潜在通量的有限公司光生terrestrially-derived CDOM CDOM的(实线)和太平洋(虚线),计算使用方程(8),数据在图6和德国莱茵模式Madronich [235]。计算7月下旬,中午在赤道;综合通量:terrestrially-derived 13 nanomoles m ~ 2 s - 1;太平洋,2.4 nanomoles m ~ 2 s - 1(集成超过290450海里)。

波长,纳米

图5。光谱依赖的潜在通量的有限公司光生terrestrially-derived CDOM CDOM的(实线)和太平洋(虚线),计算使用方程(8),数据在图6和德国莱茵模式Madronich [235]。计算7月下旬,中午在赤道;综合通量:terrestrially-derived 13 nanomoles m ~ 2 s - 1;太平洋,2.4 nanomoles m ~ 2 s - 1(集成超过290450海里)。

附录。结果表明更大的面积terrestrially-derived CDOM的情节,从而更高depth-integrated光生,比海洋CDOM开放。长波长紫外线更积极参与光生公司的陆地有机物。这种差异可能是由于一个固有的差异CDOM的来源(来自微生物的处理死亡的有机物从陆生植物与浮游植物)和/或广泛的开放海洋CDOM的光致氧化,分解活性成分和活性物质残留CDOM随之减少。

5.2.3.5 UV-induced氧化在沿海地区

海洋科学家们一直困惑在河边的有机物的命运进入海洋(69、71)。同位素研究表明,医生在开放海域主要是海洋起源[142143],尽管一些陆地字符会被预期。模型被用来评估有机物在沿海地区的潜在损失。

量子产率光谱确定了BLP生产沿海水域可以结合模拟使用太阳光谱辐照度估计潜在的季节和年度BLP通量作为纬度的函数(图6)[67]。潜在的年消费量terrestrially-derived有机物在沿海地区可以计算的跨产品年度通量和沿海海域各种10°纬度带。使用这种方法据估计,大多数沿海BLP形成可能发生在北半球,与高纬度地区沿海地区[67]的实质性贡献。估计潜在的生物不稳定photo-products年产量从全球沿海地区253 x 1012 g C的值大约的年度全球输入对应于河边的DOM (220 x 1012 g C [69]。使用量子产量光谱作为光化学氧需求

月

图6。季节性变化估计潜在的生物不稳定photoproduct生产从terrestrially-derived CDOM在不同纬度在北半球[67]。

月

图6。季节性变化估计潜在的生物不稳定photoproduct生产从terrestrially-derived CDOM在不同纬度在北半球[67]。

意味着估计效率CDOM的直接光致氧化,这是计算,每年,CDOM的直接光致氧化可能消耗约3.5×1014摩尔02年一年级在全球海洋[68]。假设沿海水域占7%的海洋面积,改变医生人均年消耗0.5摩尔的02年碳,这估计对应于一个潜在消费每年600 x 1012 g C在沿海地区。

这些建模结果表明,直接光致氧化结合photochemically-stimulated微生物降解可能每年消耗大约850 x 1012 g C在沿海地区。结果表明,即使是高纬度地区沿海医生受到主要UV-induced氧化的纬度海洋的输入。这些可能高估了的光化学氧化terrestrially-derived有机物的作用。如前所述,这些考虑仅适用于DOM的photoreactive分量(即。CDOM)。如上所述,河边的DOM出现的输入包括大量无电抗组件。估计大海由以前讨论笼罩在这一点上发现bluewater CDOM photoreactive可能低于terrestrially-derived CDOM和更高效的BLPs净光生。

其他最近的观察是一致的建模结果。< 513 c同位素组成的医生在公海,- 20%的o, o - 21%相同的是,发现在海洋浮游生物,但显著(5%对7%)更积极比淡水(terrestrially-derived)医生[142143]。因此,有机碳由浮游植物创造最初似乎是医生在开放海域的主要来源,尽管河边的输入terrestrially-derived医生应该是明显的。这些比较表明,一个大型水槽terrestrially-derived医生必须存在的海洋或者在河口(69、71),如果光致氧化中扮演一个重要的角色在这个水槽活动,预测的模型,那么紫外线照射的淡水医生应加强13 c c)。最近的研究表明,这确实是如此。接触terrestrially-derived CDOM的水从沿海河口[60]或[119]在中纬度地区湖泊导致重要的稳定同位素组成的变化:< 513 c DIC的产生是isotopically“光”相对于最初的医生,留下一个文档的剩余部分isotopically“重”(图7)。这种效应很可能涉及photochemically-stimulated微生物降解。季节性变化的同位素签名DOM上层的湖泊也被归因于光致氧化[119]。这些结果与模型预测和一致表明UV-induced光致氧化作用在DOC同位素组成,观察到的变化发生在河口[144]。

除了稳定同位素组成的变化,光反应也导致木质素含量降低医生[21145146]。这样的下降,尤其是损失(相比,淡水DOC) photochemically-sensitive分子syringyl酚类等指标[142],也观察到在沿海DOC样本,表明UV-induced氧化陆地医生迅速的一部分。

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图7。稳定同位素组成的变化在沿海CDOM河水样品暴露于自然的太阳辐射。观察到的变化的变化是一致的文档时发生的同位素组成terrestrially-derived DOM从陆地到海洋。

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