SIBERIA Rafael Gonalves-Araujo Colin Stedmon Birgit Heim - - PowerPoint PPT Presentation

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Nov 27, 2023 192 likes •374 views

FROM FRESH- TO MARINE WATERS: THE FATE OF DISSOLVED ORGANIC MATTER IN THE LENA DELTA REGION, SIBERIA Rafael Gonalves-Araujo Colin Stedmon

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´FROM ¡FRESH-­‑ ¡TO ¡MARINE ¡WATERS: ¡THE ¡FATE ¡OF ¡ DISSOLVED ¡ORGANIC ¡MATTER ¡IN ¡THE ¡LENA ¡DELTA ¡REGION, ¡ SIBERIA´ ¡

¡

Rafael ¡Gonçalves-­‑Araujo ¡ Colin ¡Stedmon ¡ Birgit ¡Heim ¡ Ivan ¡Dubinenkov ¡ Alexandra ¡Kraberg ¡ Denis ¡Moiseev ¡ Astrid ¡Bracher ¡ CITES ¡2015 ¡– ¡Tomsk ¡

  • 29. ¡06. ¡2015 ¡
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  • Organic ¡ma:er ¡
  • Classifica>on ¡of ¡Dissolved ¡organic ¡ma:er ¡(DOM) ¡
  • Mo>va>on: ¡DOM ¡in ¡the ¡Lena ¡River ¡Delta ¡
  • Objec>ves ¡
  • Results ¡& ¡Discussion ¡
  • Summary ¡
  • Outlook ¡

OUTLINE ¡

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3 ¡ CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

DISSOLVED ¡ORGANIC ¡MATTER ¡

It ¡is ¡a ¡maPer ¡composed ¡of ¡organic ¡ compounds ¡that ¡has ¡come ¡from ¡the ¡ remains ¡of ¡organisms ¡such ¡as ¡plants ¡ and ¡animals ¡and ¡their ¡waste ¡products ¡in ¡ the ¡environment ¡

  • ­‑ Dissolved: ¡size ¡< ¡0.2μm ¡
  • ­‑ ParTculate: ¡size ¡> ¡0.2μm ¡
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4 ¡ CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

DISSOLVED ¡ORGANIC ¡MATTER ¡

  • ­‑ Chromophoric ¡DOM ¡(CDOM) ¡
  • ­‑ Fluorescent ¡DOM ¡(FDOM) ¡

Stedmon ¡& ¡Álvarez-­‑Salgado, ¡2011 ¡

Coble ¡(2007) ¡

  • ­‑Humic ¡acids ¡
  • ­‑Fulvic ¡acids ¡
  • ­‑Degraded ¡protein ¡
  • ­‑others ¡
  • ­‑Autochthonous ¡
  • ­‑Allochthonous ¡

¡

WHY ¡TO ¡STUDY ¡THE ¡DOM?? ¡

  • ­‑ ¡DOM ¡is ¡an ¡important ¡frac>on ¡of ¡carbon ¡in ¡the ¡oceans ¡à ¡CARBON ¡CYCLE ¡
  • ­‑ ¡CDOM ¡absorbs ¡light ¡in ¡the ¡UV ¡range ¡à ¡NATURAL ¡BIOTA ¡SHIELD ¡
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5 ¡

THE ¡LENA ¡RIVER ¡AND ¡DELTA ¡REGION ¡

  • One ¡of ¡the ¡largest ¡rivers ¡in ¡the ¡world ¡

– ~20% ¡total ¡fresh ¡water ¡in ¡the ¡Arc>c ¡Ocean ¡(Cauwet ¡& ¡Sidorov, ¡1996) ¡

– The ¡greatest ¡discharge ¡of ¡organic ¡ma:er ¡in ¡the ¡Arc>c ¡

– Stedmon ¡et ¡al. ¡(2011) ¡

– Under ¡climate ¡changing ¡pressure ¡(Yang ¡et ¡al., ¡2002) ¡

– Permafrost ¡thaw ¡à ¡river ¡discharge ¡(Lyon ¡& ¡Destouni, ¡2010) ¡

Heim ¡et ¡al. ¡(2014) ¡ CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

MERIS ¡First ¡a:enua>on ¡depth ¡(m) ¡– ¡04. ¡Aug. ¡2010 ¡

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6 ¡

MOTIVATION ¡ DOM ¡IN ¡THE ¡LENA ¡DELTA ¡REGION ¡

  • ConservaTve ¡mixing ¡of ¡DOM ¡

¡

Cauwet ¡& ¡Sidorov, ¡1996 ¡ KaPner ¡et ¡al. ¡1999 ¡

  • Non-­‑conservaTve ¡behavior ¡(Alling ¡et ¡al., ¡2010) ¡

– Removal ¡of ¡up ¡to ¡10%-­‑20% ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

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7 ¡

  • OBJECTIVE ¡

– to ¡inves>gate ¡the ¡processes ¡modula>ng ¡the ¡DOM ¡ mixing ¡within ¡the ¡Lena ¡delta ¡region ¡ ¡ ¡à ¡Carbon ¡pathways ¡in ¡the ¡Arc>c ¡

  • HYPOTHESIS ¡

– Dilu>on/Mixing ¡ – Photobleaching ¡ – Sorp>on/Floccula>on ¡ – Biological ¡degrada>on ¡ ¡ – Produc>on ¡of ¡DOM ¡from ¡phytoplankton ¡

OBJECTIVE ¡AND ¡HYPOTHESIS ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

Removal ¡ Release ¡

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8 ¡

  • LENA ¡DELTA ¡EXPEDITION ¡

– 1-­‑7 ¡September ¡2013 ¡ – R/V ¡“Dalniye ¡Zelentsy” ¡-­‑ ¡MMBI ¡

  • DATA ¡SET ¡

– 4 ¡transects ¡à ¡18 ¡Stn ¡à ¡60 ¡Samples ¡ – CTD ¡à ¡UMLD, ¡water ¡column ¡stra>fica>on ¡(E) ¡ – DOC ¡ – Aqualog ¡Fluorescence ¡spectrometer ¡

  • CDOM ¡absorp>on ¡@ ¡350nm ¡– ¡“amount ¡index” ¡
  • Excita>on-­‑Emission-­‑Matrices ¡(EEMs) ¡

– PARAFAC ¡model ¡

  • Stedmon ¡& ¡Bro, ¡2008; ¡Murphy ¡et ¡al., ¡2013 ¡

MATERIAL ¡AND ¡METHODS ¡

Lena ¡Expedi>on ¡Sta>ons ¡ Lena ¡delta ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

Murphy ¡et ¡al. ¡2013 ¡

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PhD ¡Days ¡-­‑ ¡02. ¡06. ¡2015 ¡

DOM ¡COMPONENTS ¡

  • PARAFAC ¡model: ¡6 ¡components ¡validated ¡

– 4 ¡humic-­‑like ¡(C1, ¡C2, ¡C4, ¡C5) ¡ – 1 ¡marine-­‑humic-­‑like ¡(C3) ¡ – 1 ¡protein-­‑like ¡(C6) ¡

Walker ¡et ¡al., ¡2013 ¡ Walker ¡et ¡al., ¡2013 ¡

9 ¡

Comp.3 ¡ Comp.4 ¡ Comp.5 ¡ Comp.6 ¡ Walker ¡et ¡al., ¡2013 ¡ Walker ¡et ¡al., ¡2013 ¡ Comp.1 ¡ Comp.2 ¡

DOMINATED ¡BY ¡HUMIC-­‑LIKE ¡SIGNAL ¡

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DOM ¡MIXING ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

WHAT ¡DOES ¡THAT ¡MEAN? ¡

CDOM ¡

Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC ¡

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11 ¡

  • Hydrography ¡and ¡water ¡column ¡structure ¡– ¡Lena ¡2013 ¡

HYDROGRAPHY ¡

  • ­‑

PLUME ¡StaTons ¡Ÿ

Ÿ ¡

  • ­‑

Suface ¡Sal<10 ¡

  • ­‑

Shallow ¡low ¡salinity ¡layer ¡

  • ­‑

Strongly ¡stra>fied ¡

  • ­‑

“Marine“ ¡StaTons ¡Ÿ

Ÿ ¡

  • ­‑

Surface ¡sal ¡> ¡10 ¡

  • ­‑

Shallow ¡UMLD ¡(<8m) ¡

  • ­‑

Lower ¡stra>fica>on ¡

  • ­‑

NW ¡por>on ¡

  • ­‑

Offshore ¡wind ¡event ¡(Sep ¡99) ¡

  • ­‑

Bauch ¡et ¡al. ¡(2009) ¡

Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC ¡

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DOM ¡& ¡HYDROGRAPHY ¡

CONSERVATIVE ¡MIXING ¡ NON-­‑CONSERVATIVE ¡MIXING ¡

REMOVAL ¡UP ¡ TO ¡54% ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC ¡

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SLIDE 13

DOM ¡& ¡HYDROGRAPHY ¡

NON-­‑CONSERVATIVE ¡MIXING ¡

REMOVAL ¡UP ¡ TO ¡54% ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC ¡

REMOVAL: ¡

  • ­‑ ¡Sorp>on/floccula>on ¡
  • ­‑ ¡Photodegrada>on ¡

(Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC) ¡

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DOM ¡MODIFICATION ¡INDICES ¡

ABSORPTION ¡ AromaTcity ¡

  • Molec. ¡weight ¡

FLUORESCENCE ¡ HumificaTon ¡ FLUORESCENCE ¡ Biological ¡acTvity ¡

  • ­‑ CDOM ¡ABSORPTION ¡SLOPE ¡(SCDOM) ¡– ¡Helms ¡et ¡al. ¡2008 ¡
  • ­‑ 275-­‑295nm ¡à ¡degrada>on ¡level ¡
  • ­‑ SPECIFIC ¡UV ¡ABSORBANCE ¡(SUVA) ¡– ¡Weishaar ¡et ¡al. ¡2003 ¡
  • ­‑ Abs ¡@ ¡254nmà ¡aroma>city ¡
  • ­‑ HUMIFICATION ¡INDEX ¡(HIX) ¡– ¡Zsolnay ¡et ¡al. ¡1999 ¡
  • ­‑ Humifica>on ¡degree ¡
  • ­‑ BIOLOGICAL ¡INDEX ¡(BIX) ¡– ¡Huguet ¡et ¡al. ¡2009 ¡
  • β ¡fluorophore ¡– ¡Autochtonous ¡DOM ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

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DOM ¡MODIFICATION ¡INDICES ¡

CITES ¡-­‑ ¡29. ¡06. ¡2015 ¡

Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC ¡

HUMIC-­‑LIKE ¡COMPOUNDS ¡ PREFERABLY ¡REMOVED ¡

  • ­‑ ¡Labile ¡characteris>c ¡

(Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡under ¡review ¡GBC) ¡

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SUMMARY ¡

16 ¡

  • 6 ¡fluorescent ¡components ¡characterized ¡by ¡PARAFAC ¡

model ¡

– 4 ¡humic-­‑like ¡ – 1 ¡marine-­‑humic-­‑like ¡ – 1 ¡protein-­‑like ¡

  • Strongly ¡humified ¡region ¡(>50% ¡even ¡@ ¡high ¡salinity) ¡
  • ReacTvity/Complexity ¡of ¡DOM ¡varies ¡with ¡salinity ¡ ¡
  • ConservaTve ¡and ¡non-­‑conservaTve ¡mixing ¡of ¡DOM ¡

– Hydrography ¡

» PLUME ¡SITES: ¡non-­‑conserva>ve ¡behavior ¡(removal ¡up ¡to ¡54%) ¡à ¡mainly ¡humic ¡

  • ¡Especially ¡@ ¡low ¡salinity ¡à ¡FLOCCULATION ¡AND/OR ¡PHOTODEGRADATION ¡

» MARINE ¡SITES: ¡conserva>ve ¡mixing ¡

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MOVING ¡FORWARD ¡

17 ¡

  • What ¡happens ¡to ¡DOM ¡in ¡its ¡way ¡from ¡the ¡river ¡to ¡

the ¡AtlanTc ¡basin, ¡through ¡the ¡ArcTc ¡basin? ¡

– Arc>c ¡expedi>on ¡2012 ¡(central ¡Arc>c ¡and ¡Polar ¡driu) ¡ – Fram ¡Strait ¡expedi>on ¡2014 ¡(Arc>c ¡ouvlow) ¡

¡

  • Preliminary ¡results ¡– ¡Fram ¡Strait ¡(Gonçalves-­‑Araujo ¡et ¡al. ¡in ¡prep.) ¡

– Lower ¡DOM ¡concentra>ons ¡ – Greater ¡contribu>on ¡of ¡refractory ¡compounds ¡

  • S>ll ¡dominated ¡by ¡Humic-­‑like ¡compounds ¡

– Photochemical ¡reac>ons ¡through ¡the ¡Arc>c ¡basin ¡

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rafael.goncalves.araujo@awi.de ¡

FUNDING ¡