DISTRIBUZIONE STAGIONALE DELLA SOSTANZA ORGANICA DISCIOLTA (DOM) E DELLA SUA COMPONENTE CROMOFORICA (CDOM) IN UNA STAZIONE FISSA NEL GOLFO DI NAPOLI

La sostanza organica disciolta (DOM), è una miscela complessa di molecole organiche che passano attraverso un filtro di 0.2 µM; la sua composizione e struttura è per la maggior parte ancora oggi sconosciuta. Essa rappresenta una delle più grandi riserve di carbonio organico sulla Terra e gioca quindi un ruolo chiave nel ciclo globale del carbonio. Inoltre riveste un ruolo centrale nel microbial loop, in quanto rappresenta la principale fonte di cibo per i batteri eterotrofi. La frazione di DOM in grado di assorbire la luce è chiamata sostanza organica disciolta cromoforica (CDOM). Essa riveste un ruolo di particolare importanza in tutti i sistemi acquatici naturali, in quanto: i) può limitare la penetrazione dei raggi UV-B, biologicamente dannosi, ii) ad alte concentrazioni, può influenzare la disponibilità della PAR (Photosyntetic Active Radiation) e quindi ridurre l’efficienza della fotosintesi; iii) attraverso reazioni fotochimiche, può produrre composti ossigenati altamente reattivi (CO, H2O2 etc.) e quindi biologicamente dannosi; iv) può essere degradata dai raggi UV in composti organici biologicamente labili e/o volatili, oppure mineralizzata a monossido e biossido di carbonio. Ciò nonostante, le informazioni sulla sua composizione chimica e sui fattori che ne regolano la produzione e il consumo, sono scarse e spesso parziali. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare la dinamica stagionale della DOM e delle proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza) della CDOM nella stazione costiera di ricerca ecologica a lungo termine “Mare Chiara”, situata nel Golfo di Napoli. A tale fine, è stata studiata la distribuzione mensile del DOC e delle proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza) della CDOM in relazione ai diversi parametri fisici (salinità e temperatura) e biologici (clorofilla a) lungo tutta la colonna d’acqua (0-70 m). I campioni di acqua di mare sono stati prelevati a diverse profondità (0, 2, 5, 8, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 m) con cadenza mensile o quindicinale nel 2007 e 2008. In generale è stata osservata un’elevata variabilità stagionale e interannuale del DOC e delle proprietà ottiche della CDOM, in particolare nello strato superficiale (0-10 m). La distribuzione verticale del DOC e della CDOM nei diversi mesi è influenzata dall’andamento della struttura fisica della colonna d’acqua e dai parametri biologici (clorofilla a). In particolare, durante la primavera e l’estate è stato osservato un accumulo di DOC e CDOM al di sopra del termoclino e in corrispondenza del massimo di clorofilla a. Questa relazione diretta tra la DOM e la biomassa fitoplantonica suggerisce che il fitoplancton potrebbe essere una diretta fonte di DOC e CDOM e che la stabilità della colonna d’acqua favorisce il loro accumulo. Tale ipotesi è supportata dalle curve spettrali di S che mostrano un massimo a 280 nm come quelle osservate da Loiselle et al., (2009) in acque lacustri, dove le proprietà ottiche della colonna d’acqua sono dominate dal fitoplancton e dai suoi prodotti di degradazione. Inoltre lo “Spectral Slope” (S275-295 e SR) presenta valori simili a quelli osservati da Helms et al., (2008) per la CDOM di origine marina, costituita da composti a basso peso molecolare. Questo non esclude comunque altri processi di produzione quali il grazing, la lisi virale, la dissoluzione per via batterica della sostanza organica disciolta particolata (POM). I massimi di clorofilla a, di DOC e di CDOM sono stati osservati in corrispondenza di acque meno salate, che potrebbero indicare un input da terra (scarichi urbani) che rimane confinato nello strato superficiale (0-10), per la presenza del termoclino. L’elevate concentrazioni di DOC e i valori alti di assorbimento e fluorescenza della CDOM nello strato mescolato sono il risultato di un disaccoppiamento tra i processi di produzione in situ e/o l’input da terra e i processi di rimozione, quali il consumo da parte dei batteri e il photobleaching, ossia la fotodegradazione della CDOM. In autunno e in inverno il DOC e la CDOM presentano una generale omogeneità da 0 a 70 m, in conseguenza della rottura del termoclino e del mescolamento della colonna d’acqua. I bassi valori di DOC, osservati in questo periodo possono essere spiegati sia dalla bassa attività fotosintetica che dal mescolamento invernale che impedisce il suo accumulo. Dissolved organic matter (DOM) in the Oceans is a complex mixture of organic molecules passing through a filter of 0.2 µM, most of them are still unknown. DOM is one of the largest reservoir of organic carbon on the Earth and it plays a key role in the global carbon cycle. In addition, it has a central role in the microbial loop, in fact it is the main source of food for heterotrophic bacteria. The fraction of DOM that absorbs light is defined chromophoric (CDOM) and it is very important in all the aquatic ecosystems, in fact: (i) it can limit the UV-B penetration in the water, so protecting organisms from these dangerous radiations; ii) if its concentration is high, it can influence the Photosynthetic Active Radiation (PAR) availability, and as a consequence it can reduce photosynthesis efficiency; (iii) its photodegradation can produce oxygen compounds (CO, H2O2 etc.) very reactive and dangerous for the organisms; (iv) it can be degraded by UV in labile and/or volatiles organic compound or in CO2 and CO. Instead its importance the information about its chemical compositions as well as on the processes regulating its production, consumption and distribution are scarce and limited. Main goal of this work was to study the seasonal dynamic of DOM and of the optical properties (absorption and fluorescence) of CDOM in the coastal long-term ecological station “Mare Chiara”, located in the Gulf of Naple. At this purpose the monthly vertical distribution of dissolved organic carbon (DOC) and of the optical properties of CDOM were studied in relation to the physical (salinity and temperature) and biological (Chlorophyll a) parameters. Seawater samples were collected along the water column at different depth (0, 2, 5, 8, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 m) monthly or twice in a month in the years 2007 and 2008. In general DOC and the optical properties of CDOM showed a strong seasonal and interannual variability, in particular in the surface layer (0-10 m). The vertical distribution of DOC and CDOM in the different months was clearly influenced by both the physical structure of the water column and the phytoplanctonic biomass. In particular in the spring and summer seasons an accumulation of both DOC and CDOM was found and it was also in correspondence to the maxima of Chlorophyll a. This direct relationship suggests that phytoplankton could be a direct source of both DOC and CDOM and that the occurrence of a strong thermocline determines their accumulation. This hypothesis is supported by the shape of the spectral curve, in fact they showed a maximum at 280 nm, like those reported by Loiselle et al., (2009) for lake waters, in which optical properties of CDOM were strongly connected to phytoplankton biomass and its degradation products. In addition “Spectral Slope” (S275-295 e SR) showed values similar to those reported by Helms et al., (2008) for marine CDOM, mainly constituted by low molecular weight compounds. In any case, this doesn’t exclude the occurrence of other production processes, like grazing, viral lysis, bacterial dissolution of particulate organic matter (POM). The maxima of Chlorophyll a, DOC and CDOM were observed in correspondence of low salinity waters, probably indicative of a terrestrial input (mainly urban discharge), these waters remain in the first 10 m due to the presence of the thermocline. The high DOC concentrations and the high values of fluorescence and absorption, observed in the mixed layer, are the results of a decoupling between production processes and/or the input from the land and the removal processes, like the bacterial consumption and the photobleaching. In fall and winter seasons DOC and CDOM showed a general homogeneity along the water column due to the rupture of the termocline and to the mixing of the water column. The low DOC values, observed in this period, can be explained by both the low phytoplanctonic biomass and the winter mixing that prevent its accumulation