Том 39, номер 04, статья № 1

Аннотация:

Природная вода содержит растворенное органическое вещество (РОВ), играющее важную роль в биогеохимических процессах и влияющее на функционирование водных экосистем. В настоящем исследовании анализируются спектрально-люминесцентные характеристики (оптические индексы, разностные спектры поглощения, квантовый выход флуоресценции, белковая флуоресценция) РОВ двух меромиктических водоемов на побережье Кандалакшского залива Белого моря (оз. Еловое и Трехцветное) на основе результатов экспедиционных работ 2025 г. Показано различие оптических индексов в слоях водоемов на разной глубине (поверхностном пресном слое, заглубленном солоноватом аэробном слое, хемоклине и придонной сероводородной зоне) и их связь с гидрохимическими параметрами. Объяснено возрастание квантового выхода флуоресценции РОВ в хемоклине Елового озера и его уменьшение в Трехцветном озере. Подобные исследования имеют большое значение для экологического мониторинга водных экосистем, а также понимания процессов, влияющих на оптические характеристики РОВ природной воды.

Ключевые слова:

растворенное органическое вещество (РОВ), окрашенная фракция РОВ, меромиктические водоемы, Белое море, спектры оптической плотности, длина волны возбуждения, квантовый выход флуоресценции

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Stevenson F.J. Humus Chemistry. Genesis, Composition, Reactions. New York: John Wiley and Sons, 1994. P. 24–34.
2. Hedges J.I., Eglinton G., Hatcher P.G., Kirchman D.L., Arnosti C., Derenn S., Evershed R.P., de Leeuw J.W., Littke R., Michaelis W., Rullkötter J. The molecularly-uncharacterized component of nonliving organic matter in natural environments // Organic Geochem. 2000. V. 31. P. 945–958.
3. Stedmon C.A., Nelson N.B. The optical properties of DOM in the ocean // Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter / D.A. Hansell, C.A. Carlson (eds.). San Diego: Elsevier, 2015. P. 481–508.
4. Wünsch U., Murphy K., Stedmon C. Fluorescence quantum yields of natural organic matter and organic compounds: Implications for the fluorescence-based interpretation of organic matter composition // Front. Marine Sci. 2015. V. 2, Art. 98. P. 1–9. DOI: 10.3389/fmars.2015.00098.
5. Dittmar T., Lennartz S.T., Buck-Wiese H., Hansell D.A., Santinelli C., Vanni C., Blasius B., Hehemann J.-H. Enigmatic persistence of dissolved organic matter in the ocean // Nature Rev. Earth Environ. 2021. V. 2. P. 570–583. DOI: 10.1038/s43017-021-00183-7.
6. Романкевич Е.А., Ветров А.А., Пересыпкин В.И. Органическое вещество Мирового океана // Геология и геофизика. 2009. Т. 50, № 4. С. 401–411.
7. Stedmon C.A., Amon R.M.W., Rinehart A.J., Walker S.A. The supply and characteristics of colored dissolved organic matter (CDOM) in the Arctic Ocean: Pan Arctic trends and differences // Marine Chem. 2011. V. 124, N 1–4. P. 108–118. DOI: 10.1016/j.marchem.2010.12.007.
8. Mann P., Spencer R., Hernes P., Six J., Aiken G., Tank S., McClelland J., Butler K., Dyda R., Holmes R. Pan-Arctic trends in terrestrial dissolved organic matter from optical measurements // Front. Earth Sci. V. 4. Art. 25. DOI: 10.3389/feart.2016.00025.
9. Gjelstrup C.V.B., Myers P.G., Lee C.M., Azetsu-Scott K., Stedmon C.A. Connectivity between Siberian river runoff and the lower limb of the Atlantic Meridi-onal Overturning Circulation // Limnol. Oceanogr. 2024. V. 69, N 11. P. 2680–2687. DOI: 10.1002/lno.12696.
10. Wünsch U.J., Gonçalves-Araujo R., Granskog M.A., Ebbesen L.G., Papadimitraki M., Stedmon C.A. Fluorescence as a tracer of the susceptibility of dissolved organic matter to photodegradation in the Arctic Ocean // Limnol. Oceanogr. 2025. V. 70, N 8. P. 2299–2314. DOI: 10.1002/lno.70119.
11. Ульянцев А.С., Очередник В.В., Романкевич Е.А. Применение двумерного флуориметрического сканирования в анализе органического вещества морской среды // Докл. РАН. 2015. Т. 460, № 1. С. 93–97.
12. Глуховец Д.И., Гольдин Ю.А. Исследование связи солености и флуоресценции желтого вещества в Карском море // Фунд. и прикл. гидрофиз. 2018. Т. 11, № 3. С. 34–40. DOI: 551.468.
13. Дроздова А.Н., Пацаева С.В., Хунджуа Д.А. Флуоресценция растворенного органического вещества как маркер распространения пресных вод в Карском море и заливах архипелага Новая Земля // Океанология. 2019. Т. 57, № 1. С. 49–56. DOI: 10.7868/S0030157417010038.
14. Zaitseva A.F., Konyukhov I.V., Kazimirko Y.V., Pogosyan S.I. Optical characteristics and distribution of chromophoric dissolved organic matter in Onega Bay (White Sea) during the summer season (findings from an expedition from June 22 to 26, 2015) // Oceanology. 2018. V. 58, N 2. P. 233–239. DOI: 10.1134/S0001437018020169.
15. Дроздова А.Н. Оптические свойства растворенного органического вещества поверхностного слоя воды моря Лаптевых // Опт. и спектроскоп. 2019. Т. 126, № 3. С. 383–388.
16. Хунджуа Д.А., Пацаева С.В., Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. Анализ растворенного органического вещества пресноводных озер Карелии обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографией с одновременной регистрацией оптической плотности и флуоресценции // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. 2017. № 1. С. 66–73. DOI: 10.3103/S0027134907060082.
17. Sokolovskaya Yu.G., Krasnova E.D., Voronov D.A., Matorin D.N., Zhiltsova A.A., Patsaeva S.V. Optical proxies of euxinia: Spectroscopic studies of CDOM, chlorophyll, and bacteriochlorophylls in the Lagoon on Zeleny Cape (the White Sea) // Photonics. 2023. V. 10, N 6. Art. 672. P. 1–18. DOI: 10.3390/photonics10060672.
18. Соколовская Ю.Г., Демиденко Н.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Савичев А.С., Пацаева С.В. Спектральные свойства растворенного органического вещества и их зависимость от глубины в искусственно и естественно отделенных меромиктических водоемах // Опт. и спектроскоп. 2024. Т. 132, № 4. С. 374–382.
19. Соколовская Ю.Г., Цветкова А.Д., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Буриков С.А., Доленко Т.А., Пацаева С.В. Спектры и кинетика флуоресценции растворенного органического вещества в беломорской стратифицированной лагуне в зимний и летне-осенний сезоны // Опт. и спектроскоп. 2025. Т. 133, № 5. С. 444–455. DOI: 10.61011/OS.2025.05.60781.25-25.
20. Краснова Е.Д., Мардашова М.В. Как морской залив превращается в озеро // Природа. 2020. № 1. С. 16–27. DOI: 10.7868/S0032874X20010020.
21. Краснова Е.Д. Экология меромиктических озер России. 1. Прибрежные морские водоемы // Водные ресурсы. 2021. Т. 48, № 3. С. 322–333. DOI: 10.31857/S0321059621030093.
22. Соколовская Ю.Г., Жильцова А.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Пацаева С.В. Спектрально-люминесцентные характеристики растворенного органического вещества в меромиктических водоемах Кандалакшского залива Белого моря // Опт. и спектроскоп. 2023. Т. 131, № 6. С. 872–879. DOI: 10.21883/OS.2023.06.55924.111-23.
23. Krasnova E., Matorin D., Belevich T., Efimova L., Kharcheva A., Kokryatskaya N., Losyuk G., Todorenko D., Voronov D., Patsaeva S. The characteristic pattern of multiple colored layers in coastal stratified lakes in the process of separation from the White Sea // J. Oceanolog. Limnol. 2018. V. 36. P. 1962–1977. DOI: 10.1007/s00343-018-7323-2.
24. Savvichev A.S., Babenko V.V., Lunina O.N., Letarova M.A., Boldyreva D.I., Veslopolova E.F., Demidenko N.A., Kokryatskaya N.M., Krasnova E.D., Gaisin V.A., Kostryukova E.S., Gorlenko V.M., Letarov A.V. Sharp water column stratification with an extremely dense microbial population in a small meromictic lake Trekhtzvetnoe // Environ. Microbiol. 2018. V. 20, N 10. P. 3784. DOI: 10.1111/1462-2920.14384.
25. Krasnova E.D., Kharcheva A.V., Milyutina I.A., Voronov D.A., Patsaeva S.V. Study of microbial communities in redox zone of meromictic lakes isolated from the White Sea using spectral and molecular methods // J. Mar. Biol. Assoc. UK. 2015. V. 95, N 8. P. 1579–1590. DOI: 10.1017/S0025315415000582.
26. Харчева А.В., Жильцова А.А., Лунина О.Н., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Савичев А.С., Пацаева С.В. Флуоресценция бактериохлорофиллов зеленых серных бактерий в анаэробной зоне двух природных водоемов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3: Физ., астр. 2018. № 4. С. 40–45.
27. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. New York: Springer, 2006. DOI: 10.1007/78-0-387-46312-4.
28. Eaton D.F. Reference materials for fluorescence measurement // Pure Appl. Chem. 1988. V. 60, N 7. P. 1107–1114.
29. Лунина О.Н., Груздев Д.С., Пацаева С.В., Жильцова А.А., Сузина Н.Е., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Кокрятская Н.М., Веслополова Е.Ф., Савичев А.С. Аноксигенные фототрофные бактерии меромиктического озера Большие Хрусломены (о. Олений, Кандалакшский залив, Мурманская область, Россия) // Микробиология. 2023. Т. 92, № 6. С. 564–580. DOI: 10.31857/S0026365623600268.
30. Емельянцев П.С., Жильцова А.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Рымарь В.В., Пацаева С.В. Определение концентрации хлоросомных бактериохлорофиллов по спектрам поглощения клеток зеленых серных бактерий в пробах природной воды // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. 2020. № 2. С. 25–30.
31. Жильцова А.А., Филиппова О.А., Краснова Е.Д., Воронов Д.А., Пацаева С.В. Сравнительный анализ спектральных методов определения концентрации бактериохлорофилла d зеленых серных бактерий в воде // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 4. С. 312–318. DOI: 10.15372/AOO20220411; Zhiltsova A.A., Filippova O.A., Krasnova E.D., Voronov D.A., Patsaeva S.V. Comparative analysis of spectral methods for determining bacteriochlorophyll d concentration in green sulfur bacteria in water // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 5. P. 5627–568.
32. Лосюк Г.Н., Кокрятская Н.М., Краснова Е.Д. Сероводородное заражение прибрежных озер на разных стадиях изоляции от Белого моря // Океанология. 2021. Т. 61, № 3. С. 401–412. DOI: 10.31857/S003015742102012X.
33. Drozdova A.N., Kravchishina M.D., Khundzhua D.A., Freidkin M.P., Patsaeva S.V. Fluorescence quantum yield of CDOM in coastal zones of the Arctic seas // Int. J. Rem. Sens. 2018. V. 39, N 24. P. 9356–9379. DOI: 10.1080/01431161.2018.1506187.
34. Stedmon C.A., Thomas D.N., Papadimitriou S., Granskog M.A., Dieckmann G.S. Using fluorescence to characterize dissolved organic matter in Antarctic sea ice brines // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2011. V. 116, N G03027. P. 1–9. DOI: 10.1029/2011jg001716.
35. Trubetskaya O., Richard C., Trubetskoj O. High amounts of free aromatic amino acids in the protein-like fluorescence of water-dissolved organic matter // Environ. Chem. Lett. 2016. V. 14, N 4. P. 495–500. DOI: 10.1007/s10311-016-0556-4.
36. Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. Анализ флуорофоров растворенного органического вещества вод реки Сувани методом обратно-фазовой жидкостной хроматографии // Водные ресурсы. 2019. Т. 46, № 4. C. 428–437. DOI: 10.31857/S0321-0596464428-437.
37. Sierra M.М.D., Donard O.F.X., Lamotte M., Belin С., Ewald М. Fluorescence spectroscopy of coastal and marine waters // Mar. Chem. 1994. V. 47. P. 127–144.
38. Parlanti E., Worz K., Geoffroy L., Lamotte M. Dissolved organic matter fluorescence spectroscopy as a tool to estimate biological activity in a coastal zone submitted to anthropogenic inputs // Org. Geochem. 2000. V. 31, N 12. P. 1765–1781. DOI: 10.1016/S0146-6380(00)00124-8.
39. Green S.A., Blough N.V. Optical absorption and fluorescence properties of chromophoric dissolved organic-matter in natural-waters // Limnol. Oceanogr. 1994. V. 39. P. 1903–1916. DOI: 10.4319/lo.1994.39.8.1903.
40. Andrew A.A., Del Vecchio R., Subramaniam A., Blough N.V. Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the Equatorial Atlantic Ocean: Optical properties and their relation to CDOM structure and source // Mar. Chem. 2013. V. 148. P. 33–43. DOI: 10.1016/j.marchem.2012.11.001.