Влияние взвешенного и растворенного органического вещества на спектральные характеристики облученности и эффективность поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Черного моря

Влияние оптически активных компонентов на спектральные характеристики проникающего излучения и на способность фитопланктона поглощать фотосинтетически активную радиацию исследовали на примере прибрежных вод Черного моря в районе Крымского полуострова, в которых измерения спектральных показателей поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным веществом и окрашенным растворенным органическим веществом проводились во все сезоны 2016 г. Установлено, что увеличение содержания оптически активных компонентов влияет на спектральные характеристики проникающего излучения — смещение длины волны максимума спектра нисходящей облученности на ~25–40 нм в длинноволновую часть, что приводит к понижению удельной эффективности поглощения света пигментами фитопланктона до ~3 раз. Показано, что изменение спектрального состава квантовой облученности, связанное с содержанием любого оптически активного компонента среды, описывается единой зависимостью от величины отношения показателей поглощения света неживой компонентой и пигментами фитопланктона a_CDM(440/ a_ph(440)), которая меняется от оптических глубин.

1. Парсонс Т.Р. и др. Биологическая океанография. М.: Лёгкая и пищевая пром-сть, 1982. 432 с.

2. Falkowski P., Raven J. Aquatic photosynthesis. Princeton: Princeton University Press, 2007. 512 p.

3. Чурилова Т.Я. и др. Спектральный подход к оценке скорости фотосинтеза фитопланктона в Черном море по спутниковой информации: методологические аспекты развития региональной модели // Жур. Сиб. фед. унив. 2016. Т. 9, № 4. С. 367–384. doi: 10.17516/1997–1389–2016–9–4–367–384

4. Kirk J. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. UK: Cambridge University Press, 2011.

5. Coble P. Marine optical biogeochemistry: the chemistry of ocean color // Chem. Rev. 2007. N107. P. 402–418.

6. Nelson N., Siegel D. The global distribution and dynamics of chromophoric dissolved organic matter // Ann. Rev. Mar. Sci. 2013, 5, 447–476.

7. Babin M. et al. Variations in the light absorption coefficients of phytoplankton, nonalgal particles, and dissolved organic matter in coastal waters around Europe // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N C7. P. 3211. doi: 10.1029/2001JC000882

8. Коновалов Б.В. Некоторые особенности спектрального поглощения взвеси морской воды // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосибирск: Наука, 1979. С. 58–65.

9. Коновалов Б.В. Светопоглотительная способность пигментов фитопланктона // Усвоение солнечной энергии в процессе фотосинтеза Черноморского и Балтийского фитопланктона / отв. ред. Кобленц-Мишке О.И. М.: Тип. Мин-ва уголь. пром-ти СССР, 1985. С. 59–72.

10. IOCCG Protocol Series. Inherent Optical Property Measurements and Protocols: Absorption Coefficient, Neeley, A. R. and Mannino, A. (eds.), IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation. 2018. Vol. 1.0, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. http://dx.doi.org/10.25607/OBP-119

11. Dmitriev E. et al. Parameterization of light absorption by components of seawater in optically complex coastal waters of the Crimea Peninsula (Black Sea) // Appl. Opt. 2009.V. 48. P. 1249–1261. doi: 10.1364/AO.48.001249

12. Churilova T. et al. Annual variability in light absorption by particles and colored dissolved organic matter in coastal waters of Crimea (the Black Sea) // Proc. 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2017. P. 104664B. doi: 10.1117/12.2288339

13. Bricaud A. et al. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N C7. P. 13321–13332.

14. Six C. et al. Diversity and evolution of phycobilisomes in marine Synechococcus spp.: a comparative genomics study // Genome Biology. 2007. N 8. P. R259. doi: 10.1186/gb-2007–8–12-r259

15. Churilova T. et al. Phytoplankton light absorption in the deep chlorophyll maximum layer of the Black Sea // Europ. J. of Rem. Sens. 2019. V. 52, N 1. P. 123–136. doi: 10.1080/22797254.2018.1533389

16. Tassan S., Ferrari G. An alternative approach to absorption measurements of aquatic particles retained on filters // Limnol. аnd Oceanol. 1995. V. 40, N 8. P. 1358–1368.

17. Gordon H. et al. A semi analytics radiance model of ocean color // J. Geophys. Res. 1988. V. 93, N D9. P. 10909–10924.

18. Smith R., Baker K. Optical Properties of the Clearest Natural Waters // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 2. P. 177–184.

19. Pope R., Fry E. Absorption Spectrum (380–700 nm) of Pure Water. II. Integrating Cavity Measurements // Appl. Opt. 1997. V. 36, N33. P. 8710–8723.

20. Churilova T. et al. Light Absorption by Phytoplankton in the Upper Mixed Layer of the Black Sea: Seasonality and Parameterization // Frontiers in Marine Science. 2017. V. 4. P. 90. doi: 10.3389/fmars.2017.00090

21. Маньковский В.И. Основы оптики океана. Севастополь: Морской гидрофизический институт, 1996. 119 с.

22. Suslin V.V., Korolev S.N., Kucheryaviy A.A., Churilova T.Ya., Krivenko O.V. Photosynthetically available radiation on surface of the Black Sea based on ocean color data // Proceedings of SPIE: 21st International Symposium Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, November 19, 2015, (2015). doi: http://dx.doi.org/10.1117/12.2203660

23. Bartlett J.S., Ciotti A.M., Davis R.F., Culle J.J. The spectral effects of clouds on solar irradiance // J. Geophys. Res. 1998. 103, C13. 31,017–31,031.

24. Morel A., Bricaud А. Theoretical results concerning light absorption in a discrete medium, and application to specific absorption of phytoplankton // Deep-Sea Research. 1981. V. 28, N 11. P. 1375–1393.

25. Suslin V., Churilova T. A regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners // Int. J. of Rem. Sens. 2016. Т. 37, № 18. С. 4380–4400.