De molekylære egenskaber af opløst organisk stof i en eutrof kystbugt

Kystbugter er betydningsfulde overgangszoner, der forbinder terrestriske og marine økosystemer. Xiangshan Bay er en typisk eutrofisk og halvlukket bugt i det østkinesiske hav. En nylig undersøgelse tog Xiangshan Bay som eksempel, afslører kilderne og omdannelsen af ​​opløst organisk stof (DOM) i denne eutrofe bugt.

Opløst organisk stof (DOM), bestående af en stor samling af komplekse forbindelser, har fået stor opmærksomhed på grund af sit betydelige bidrag til den største reducerede organiske kulstofpulje i havet, som er betydelig i forhold til atmosfæren CO ₂ reservoir.

Kystbugter er kendt for en semi-lukket signatur og en lang vandretentionstid sammenlignet, med floddominerede flodmundinger. Faktisk, de tjener som bindeled mellem floder og oceaner til transport af organisk kulstof. Imidlertid, de var universelt udsat for høje strømme af næringsstoffer fra intensive menneskeskabte aktiviteter såsom spildevandsudledning og akvakulturindustrien på grund af deres placering nær menneskelige bosættelser. Store næringsstofstrømme kan føre til kysteutrofiering med skadelig algeopblomstring, som er blevet observeret i et par kystbugter, såsom Jiaozhou Bay og Xiangshan Bay i Kina. Den høje primære produktivitet, samt efterfølgende biogeokemiske processer, induceret fra eutrofiering kan påvirke den kemiske sammensætning og flux af organisk materiale, der transporteres til det åbne hav. Som sådan, kystbugter formodes ikke kun at være "kanaler", hvor organisk materiale transporteres til åbne oceaner, men også "reaktorer", hvor organisk stof bearbejdes eller omdannes.

Beskriver Xiangshan Bay som "et af de mest værdifulde teststeder rundt om i verden, " forskere fra Zhejiang University påpegede den enorme værdi af at undersøge sammensætningen af ​​DOM-puljen der. "Det er anerkendt som en typisk lang, smal kystbugt, med lang vandretentionstid, som ville lette den biogeokemiske behandling af organisk stof. Desuden, det har været den største akvakulturbase i Zhejiang-provinsen, forårsager alvorlig eutrofiering med skadelig algeopblomstring."

Biogeokemiske undersøgelser udført i andre kystbugter, siden fremkomsten af ​​det spektroskopiske, har afsløret "fysisk blanding, foto-oxidation, og tidevandseffekter kan påvirke adfærden af ​​DOM i sådanne systemer" ifølge Yu Pang og Chen Zhao, kandidatstuderende ved School of Earth Sciences, Zhejiang Universitet, i den kinesiske by Hangzhou.

I en artikel skrevet sammen med Yuping Zhou, Yanzhen Zhang, Wei Huang og Yuntao Wang, forskere ved Zhejiang University og Second Institute of Oceanography, Ministeriet for Naturressourcer, forskerne udtalte, at "jordiske, marine, og menneskeskabte input bidrager kollektivt til hele DOM-puljen. Konklusionen blev bekræftet af både optiske og molekylære tilgange. En proteinlignende komponent og to humuslignende komponenter blev identificeret ved spektroskopiske teknikker, og molekylære grupper forbundet med forskellige kilder blev også bestemt."

Disse forfattere afslørede i undersøgelsen, som blev offentliggjort i tidsskriftet Science China:Earth Sciences , at terrestriske signaler gradvist aftager fra den øvre til den nedre bugt med stigende saltholdighed på grund af en havvandsfortyndingseffekt, mens en proteinlignende fluorescerende komponent kan stamme fra flere kilder, fordi en lignende lineær sammenhæng mangler.

Forskning rettet mod at løse dette problem stod over for en række forhindringer:Isolationen, udvinding, og kemisk karakterisering af DOM er forudsætninger for at forstå dets kredsløb i akvatiske systemer. Imidlertid, bortset fra nogle få sukkerarter, aminosyrer, og lignin phenoler, sammensætningen af ​​de fleste DOM er stadig stort set usikre på grund af dens kompleksitet, heterogenitet, og lav koncentration i naturlige miljøer. Forståelse af den kemiske sammensætning og kilder er en forudsætning for at bestemme DOM-cyklussen i vandmiljøer.

"Traditionelle teknikker kunne kun afspejle hovedpartens kemi i DOM, mens vores viden om DOM's sammensætning på molekylært niveau stadig mangler. Til dato, begrænsede undersøgelser har kombineret optiske og molekylære tilgange til systematisk at undersøge DOM-sammensætningen i kystnære bugter."

For at løse dette problem, disse forskere anvendte Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FT-ICRMS), et state-of-the-art værktøj, der giver mulighed for præcist at opnå information på molekylært niveau. I de seneste år har videnskabsmænd har etableret en række indekser til at afbilde DOM baseret på data opnået fra FT-ICRMS.

Forskerne fandt ud af, at den fysiske blanding som følge af havvandsfortyndingseffekten stadig forekommer i Xiangshan Bay om sommeren, som er blevet almindeligt fundet i floddominerede flodmundinger rundt om i verden. Også, påvisningen af ​​antropogene associerede S-holdige forbindelser bekræfter input fra menneskelige aktiviteter. Antropogene input kan være en væsentlig kilde til DOM i kystbugter, når man sammenligner Xiangshan-bugten med andre kinesiske bugter.

Dataene opnået fra FT-ICRMS antydede, at foto-induceret nedbrydning spiller en afgørende rolle i at ændre DOM-sammensætninger, overvejer molekylære sammensætninger præger udtalte labile signaturer sammenlignet med andre vandmiljøer.

"Så vidt vi ved, " skrev de syv forskere, "Dette arbejde vil også kaste lys over fremtidige undersøgelser, der fokuserer på kulstofkredsløbet i flodmundingen."