Мифы о звукоизоляции Как построить дом из пеноблоков Как построить лестницы на садовом участке Подбираем краску для ремонта Каркасные дома из дерева |
Главная » Исследование суточного хода Исследование суточного хода компонент спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды Салюк П.А. (pas81@list.ru), Букин О.А., Майор А.Ю., Ластовская И.А. Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН Исследование суточного хода компонент спектров лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) важно с той точки зрения, что при переходе от относительных к абсолютным концентрационным величинам хлорофилла А возникает ряд факторов, влияющих на значение калибровочного коэффициента. Одним из главных таких факторов является световая адаптация фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона, когда фитопланктон, изменяя содержание и состав фотосинтетических пигментов, морфологию и устройство хлоропластов может приспосабливаться к колебаниям солнечной радиации [1]. Для исследования влияния эффекта световой адаптации на измерение концентрации хлорофилла А методом лазерной индуцированной флуоресценции был проанализирован суточный ход таких компонент спектров ЛИФ, как интенсивность флуоресценции хлорофилла А и интенсивность флуоресценции растворенного органического вещества (РОВ). В работе анализировались участки ЛИФ данных, которые были получены при непрерывных измерениях выполненных за время более 48 часов. Спектры ЛИФ измерялись с помощью судового лазерного проточного флуориметра [2,3]. Забор проб осуществлялся по ходу судна с глубины 4 м, по специальному пластиковому затемненному трубопроводу морская вода прокачивалась через кювету, где происходило возбуждение флуоресценции лазерным излучением с длиной волны 532 нм (время от места забора морской воды до кюветы составляло около 1 минуты). Биотическими факторами суточного ритма флуоресценции хлорофилла А являются, во-первых, световая адаптация фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона, во вторых, суточный ход содержания хлорофилла в клетках водорослей и, в третьих, выедание водорослей зоопланктоном [4]. Абиотические факторы -длиннопериодные внутренние волны, меандрирование течений [5], суточное опускание термоклина с понижением температуры и др., т.е. чисто гидрофизические факторы. Необходимо отметить, что световая адаптация фитопланктона может влиять не только на калибровки интенсивности хлорофилла А , но и на определение удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона [6]. Это вызвано тем, что световая адаптация сопровождается изменениями способности фитопланктона поглощать лучистую энергию и затрагивает механизм внутри-клеточного переноса поглощенной энергии, следовательно, стоит ожидать, что и флуоресценция пигментов в море при стационарном возбуждении от искусственного источника будет ритмично меняться вслед за солнечной радиацией [5]. По данным работы [7] в тех случая, когда облученность поверхности моря составляет не менее 25% от солнечной постоянной, происходит подавление флуоресценции солнечным светом. Kiefer показал, что уменьшение интенсивности флуоресценции под действием яркого солнечного излучения сопровождается сперва изменением формы хлоропластов от неправильной к почти сферической, а затем их слипанием в более крупные комки. Оба процесса ведут к увеличению эффективной толщины хлоропластов или к самозатемнению пигментов, из-за чего при неизменном содержании их в клетке уменьшается способность пигментной системы поглощать свет и, следовательно, флуоресцировать. Изменение формы хлоропластов завершается спустя 1 -2 мин, а их укрупнение занимает 30 - 60 мин после начала облучения культуры диатомовых. Оба процесса обратимы и одинаково влияют на суточный ход флуоресценции и фотосинтеза. Эти выводы были подтверждены в работе [8], где установлено, что изменения удельной флуоресценции хлорофилла А под действием света присущи многим видам фитопланктона. В работе [9] исследованы характеристики суточного ритма флуоресценции хлорофилла А , было установлено, что форма суточного хода интенсивности хлорофилла А близка к гармонической. В указанной работе измерения были проведены с периодичностью 1.5 - 2 часа. Такой подход хорошо применим в акваториях тропической зоны океана, где течения постоянны и во время наблюдений судно остается в пределах акватории с неизменной стратификацией вод. В районах с нестационарными течениями на биотические факторы суточного ритма флуоресценции хлорофилла А накладываются колебания иной природы, связанные, в основном с перемешиванием по-разному стратифицированных вод [5]. В этих случаях необходимо применять методы непрерывного мониторинга флуоресценции фитопланктона, которые позволяют проводить круглосуточные измерения (по этой причине спутниковые методы для исследования суточных ритмов биооптических параметров не подходят) - таким методом, несомненно, является метод ЛИФ. Однако, стоит отметить, что в данной работе задача стояла не исследовать суточный ход интенсивности флуоресценции хлорофилла А с помощью метода ЛИФ, а наоборот, оценить вклад суточного хода в уже измеренные значения флуоресценции хлорофилла А . Рис. 1. Участки маршрута, где ЛИФ измерения проводились непрерывно более 48 Чтобы определить на сколько сильно влияет эффект световой адаптации на используемые ЛИФ данные, нами анализировались ритмы временного хода интенсивности флуоресценции хлорофилла А , РОВ и температуры. Параллельно исследовался ход интенсивности падающего солнечного света, рассчитанного теоретически по известным координатам и времени измерения. Анализ хода температуры и падающего солнечного света был сделан с той целью, чтобы определить временной масштаб, соответствующий суточному ходу, в связи с тем, что суточный период не обязательно соответствовал 24 часам. Это вызвано тем, что судно, с которого проводились измерения, постоянно находилось в движении, и световые сутки могли удлиняться или укорачиваться в зависимости от направления движения и смены типов вод. В полученных нами ЛИФ данных есть 19 участков, где измерения проводились за время более 48 часов (рис.1.). В таких непрерывных рядах измерений с помощью сглаживания сплайнами (в пакете Matlab) фильтровались колебания с низкими (период колебаний более 35 часов) и высокими частотами (период колебаний менее 10 часов). Соответствующие сглаживающие коэффициенты подбирались из анализа сгенерированного ряда, который состоял из синусов с заданными периодами колебаний. Фильтрованные временные ряды интерполировались на равномерную сетку, после чего применялось быстрое преобразование Фурье [70], реализованное в среде Matlab. На рис.2 представлены спектры мощности на различных периодах колебаний [10] для фильтрованных рядов из района Атлантического океана вдоль островов Ирландия и Великобритания (район выделен красным цветом на рис.1.). На всех четырех спектрах четко виден суточный масштаб. 135° W 90° W 45° W 0° 45° Е 90° Е 135° Е 180°Е 10 20 30 Рис. 2. Спектр Фурье для: 1 - интенсивности флуоресценции хлорофилла А ; 2 -интенсивности флуоресценции растворенного органического вещества; 3 - температуры; 4 - интенсивности падающего солнечного света (рассчитанной теоретически). Спектры рассчитаны для участка выделенного красным на рис.1. Наличие суточного масштаба для различных районов океана показано в таблице 1. В таблице представлены только районы, в которых присутствовал суточный ход температуры. В трех районах такого хода не наблюдалось - это может быть объяснено либо гидрологической сложностью районов, либо движением судна, когда совершался переход из вод с одним температурным режимом в другой. По этим причинам рассмотрение масштабов флуоресценции хлорофилла А и РОВ в таких районах некорректно и было опущено. В 10 из 16 районов наблюдается суточный ход интенсивности флуоресценции хлорофилла А . При этом в большинстве из этих случаев (9 из 10) одновременно присутствовал циклический ход флуоресценции РОВ, что может быть объяснено либо периодическими изменениями свойств морской воды, либо тем фактом, что в наблюдаемом слое изменялась концентрация фитопланктона и, следовательно, производилось разное количество РОВ. Единственным районом, в котором наблюдался суточный масштаб только хлорофилла А - это Малаккский пролив. Основываясь на имеющихся данных трудно оценить вклад именно эффекта световой адаптации в суточный ход интенсивности флуоресценции хлорофилла А . Отметим только, что амплитуда суточного ритма не превышала 15% от среднесуточных значений интенсивности, а в Малаккском проливе амплитуда составила 10%. Это значение было принято нами как верхняя оценка ошибки, которая возникает если не учитывать эффект световой адаптации фитопланктона при определении концентрации хлорофилла А с
помощью проточного лазерного флуориметра. В работе [9] амплитуда суточного ритма достигала 60-70% от среднесуточных значений. Различия по всей видимости вызваны использованием разных источников возбуждения и тем фактом, что в работе [9] стояла непосредственная задача исследовать суточный ход флуоресценции хлорофилла А для чего измерения проводились сразу (без предварительной световой адаптации водорослей), а в наших измерениях стояла задача измерять концентрацию хлорофилла А для чего влияние эффекта световой адаптации уменьшалось путем выдерживания морской воды в течении минуты в одинаковых световых условиях во время прокачки воды по затемненному трубопроводу. Таблица 1. Наличие суточного масштаба в пространственно-временном ряде интенсивности флуоресценции хлорофилла А (Ф), интенсивности флуоресценции растворенного органического вещества (Q) и температуры (7). Литература 1. Parsons Т., Takahashi M. Biological oceanographic processes.- L.: Pergamon Press, 1973.- 186p. 2. Bukin O.A., Pavlov A.N., Permyakov M.S. et al. Continuous measurements of chlorophyll A concentration in the Pacific Ocean by shipborne laser fluorometer and radiometer: comparison with SeaWiFS data International Journal of Remote Sensing. - 2001. v. 22. № 2&3. - P. 415-427. 3. Майор А.Ю., Букин О. А., Павлов А.Н., Киселев В. Д. Судовой лазерный флуориметр для исследования спектров флуоресценции морской воды Приборы и техника экспиремента. -2001. № 4. - С. 151-154. 4. Карабашев Г.С., Соловьев А.Н. Закономерности пространственно-временной изменчивости интенсивности флуоресценции пигментов в клетках живого фитопланктона Труды ИОАН. -1975. т. 102. - С. 89-93. 5. Карабашев Г.С. Флуоресценция в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 200 с. 6. Букин О.А., Пермяков М.С., Салюк П. А., Майор А.Ю., Буров Д.В., Хованец В. А., Голик С.С., Подопригора Е.Л. Особенности формирования спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в период цветения водорослей в различных районах Мирового океана Оптика атмосферы и океана. - 2004. - т. 17, № 9. - С. 742-749. 7. Kiefer D.A. Chlorophyll a fluorescence in marine centric diatoms: response of chloroplasts to light and nutrient stress Mar. Biol. - 1973. v. 23. - P. 39-46. 8. Loftus M.E., Seliger H.H. Some limitations of the in vivo fluorescence technique Chesapeake Science. - 1975. - v. 16, № 2. - P. 79-92. 9. Карабашев Г.С., Соловьев А.Н. Суточный ритм флуоресценции хлорофилла фитопланктона в деятельном слое океана Океанология. - 1976. т. 16, №2, С. 316-323. 10. Гандин Л.С., Каган Р.Л. Статистические методы интерпретации метеорологических данных. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 360 с. |
© 2024 РубинГудс.
Копирование запрещено. |