Динамика спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в процессе жизнедеятельности клеток фитопланктона

• Автор: Ластовская, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Глава I. Спектроскопия ЛИФ органического
вещества в морской воде
1.1 Лазерная флуориметрия в исследованиях процессов воспроизводства органического вещества фитопланктоном
1.2. Восстановление биооптических параметров морской воды из спектров лазерной индуцированной флуоресценции
1.3 Исследование флуоресценции растворенного органического вещества и определение его природы
Глава II. Экспериментальные комплексы для исследования спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды
2.1. Лабораторный спектральный комплекс для измерения ЛИФ спектров морской воды и клеток фитопланктона
2.2. Малогабаритный судовой прокачиваемый флуориметр
2.3. Алгоритмы обработки экспериментальных данных для определения биооптических параметров ЛИФ спектров
Глава III. Исследование динамики ЛИФ спектров в процессе деградации растворённого органического вещества и гибели клеток фитопланктона
3.1. Спектры ЛИФ при возбуждении второй и третьей гармоникой излучения Ш:УАС лазера
3.2. Динамика ЛИФ спектров в процессе деградации
клеток фитопланктона
3.3. Соотношение между биооптическими компонентами ЛИФ спектра на различных стадиях развития клеток фитопланктона (0-С диаграммы рассеяния при одночастотном возбуждении ЛИФ спектров)
Заключение
Литература

К настоящему времени методы лазерной спектроскопии широко ► используются в исследованиях океана и атмосферы, внедрение лазерных
методов позволяет ставить и решать задачи мониторинга на новом качественном уровне [1,2]. Отличительной особенностью этих методов является то, что они позволяют оперативно измерять параметры среды или биологических объектов на молекулярном уровне, обеспечивая при этом высокое пространственное и временное разрешение. Возможность установки лазерных спектрометров на авианосителях, спутниках или судах позволяет проводить измерения на больших морских акваториях и исследовать процессы, протекающие в синоптических и климатических масштабах [3-5].
' Особенно интересными являются результаты, полученные при
исследовании фитопланктонных сообществ с использованием методов лазерной спектроскопии [6-9,12]. Эти результаты показывают перспективу разработки новых оперативных лазерных технологий исследования фитопланктонных сообществ. Возможность оперативного и дистанционного измерения спектров лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) клеток фитопланктона и органического вещества, присутствующего в морской воде в различных формах, позволяет осуществлять мониторинг состояния фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона и исследовать воздействие процессов различной природы, которые протекают в океане и атмосфере, на фитопланктонные сообщества.
Актуальность проведения исследования динамики спектров ЛИФ в процессе жизнедеятельности клеток фитопланктона вызвана необходимостью разработки новых оперативных методов исследования состояния фитопланктонных сообществ и изучения процессов циркуляции органического вещества в океане. Именно эти задачи встают на первое место при изучении воздействия климатических изменений на состояние фитопланктона. В последнее время, в связи с резкими климатическими

изменениями, которые фиксируются на Планете, встаёт вопрос о разработке методов воздействия на систему океан-атмосфера в глобальном масштабе, которые способны были бы стабилизировать эти изменения [10]. Один из таких методов предлагает воздействие на баланс парниковых газов в атмосфере (в основном двуокиси углерода - С02) за счёт значительного увеличения концентрации хлорофилла - А (фитопланктона) в фотическом слое океана на значительных морских акваториях [6,14].
Однако, исследование возможности использования таких методов воздействия в глобальных масштабах требует разработки новых оперативных методов комплексного мониторинга, как параметров атмосферы и океана, так и параметров, характеризующих фитопланктонные сообщества и циклы воспроизводства и превращения углерода в Мировом Океане.
Метод спектроскопии ЛИФ, к настоящему времени, демонстрирует хорошие возможности для решения некоторых из выше перечисленных задач мониторинга углерода, находящегося в Океане в различных формах. Оперативные измерения концентрации хлорофилла «А», с использованием метода ЛИФ, на больших пространственных масштабах позволяют осуществлять коррекцию спутниковых алгоритмов восстановления основных биоодтических параметров морской воды [4,11]. Это позволяет разрабатывать региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» из данных спутниковых сканеров цвета морской поверхности, включая морские воды второго типа. В отличии от традиционных методов калибровки данных спутниковых сканеров цвета морской поверхности с использованием контактных измерений, метод, основанный на измерении спектров ЛИФ позволяет получить значительную большую статистику измерений и повысить таким образом достоверность сравнительного анализа со спутниковыми данными [11].
Спектры ЛИФ содержат информацию о растворённом органическом веществе в морской воде, причём, в отличии от спектров поглощения,

Используемый нами насос имеет максимальную производительность 14 литров в минуту, а с учётом нагрузки на насос мы сможем обеспечить требуемую прокачку кюветы при частоте импульсов лазера 5 Гц, и тогда время накопления сигнала составит около 20 секунд, что примерно в 2.5 раза меньше чем время измерения флуориметра со сканирующим монохроматором. Невысокая частота повторения лазера позволит на каждый кадр сигнала вводить кадр фона и накапливать уже разность сигнал - фон. В водах с богатых органикой (1 мкг/л хлорофилла «А» и выше) время накопления будет сокращаться.
На рис. 2.2.7 показан скорректированный спектр флуоресценции морской воды, измеренный на описанном выше флуориметре, с низким содержанием хлорофилла «А» (< 0.1 мкг/л), на рис. 2.2.8. с высоким (~ 6 мкг/л). Для подавления рассеянного излучения лазера использовался фильтр ОС-12 толщиной 10 мм [10].
X, нм
Рис.2.2.7. Спектр флуоресценции морской воды с низким содержанием хлорофилла «А».
На рисунке 2.2.7 видны только линия КР воды 650 нм и широкая полоса флуоресценции РОВ. Сигнал флуоресценции хлорофилла «А» 680 нм