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Dinamica della Sostanza Organica Disciolta nel Mediterraneo Occidentale

L’attuale composizione dell’atmosfera terrestre è il frutto dell’interazione intercorsa in milioni di anni tra essa e gli oceani. La CO2 presente negli strati superficiali dell’oceano viene fissata dai produttori primari ed esportata sotto forma di sostanza organica disciolta (DOM) e/o particolata (POM) verso le profondità degli abissi.
La DOM è operativamente definita come una miscela complessa di molecole organiche in grado di passare attraverso un filtro a porosità di 0.2 µm. Essa contiene una quantità di carbonio confrontabile a quella presente sotto forma di CO2 in atmosfera, gioca quindi un ruolo chiave nel ciclo globale del carbonio. La sua importanza è anche dovuta al fatto che essa rappresenta la principale fonte di energia per i procarioti eterotrofi. La sua completa mineralizzazione porta al rilascio di CO2 che potrà quindi tornare nell’atmosfera. La labilità biologica della DOM è funzione del tempo necessario ai procarioti eterotrofi per utilizzarla. Nel suo pool si possono distinguere 3 gruppi: labile (tempo di turn-over minuti-giorni), semi-labile (tempo di turn-over mesi anni), refrattaria (tempo di turn-over centinaia-migliaia di anni).
La componente cromoforica della DOM (CDOM) è la porzione in grado di assorbire la luce nel visibile e nell’ultravioletto e di riemetterne parte sotto forma di fluorescenza. La sua importanza risiede nella capacità di ridurre la penetrazione della radiazione luminosa lungo la colonna d’acqua e di modificarne la qualità. E’ stato inoltre recentemente osservato che la sua fluorescenza di tipo umico potrebbe essere un buon tracciante per la DOM refrattaria.
La dinamica della DOM, rappresenta quindi un aspetto chiave negli studi sul ciclo globale del carbonio in relazione ai cambiamenti climatici.
L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è quello di studiare la distribuzione del DOC e per la prima volta della CDOM, in una vasta area del Mediterraneo occidentale, in funzione della circolazione delle diverse masse d’acqua e di valutare eventuali cambiamenti nella distribuzione del DOC su scala temporale breve.
I 350 campioni sono stati raccolti lungo tutta la colonna d’acqua durante tre differenti campagne svoltesi nell’ aprile 2012, maggio 2013 ed aprile2014 nel Mediterraneo Occidentale. Su tali campioni sono state effettuate misure di DOC, tramite ossidazione catalitica ad alta temperatura, e misure delle proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza) della CDOM. Le matrici di emissione eccitazione (EEM) sono state elaborate utilizzando il metodo statistico dell’analisi fattoriale parallela (PARAFAC) la quale ha permesso di identificare nei nostri campioni cinque differenti componenti, ovvero cinque gruppi di cromofori. Le componenti 1, 2 e 5 hanno proprietà spettroscopiche simili agli acidi umici e fulvici. Le sostanze umiche sono importanti componenti della CDOM e possono derivare dalla degradazione di composti organici di origine terrestre come la lignina. Tuttavia studi recenti dimostrano che le sostanze umiche possono essere anche rilasciate in situ da fitoplancton e/o batteri. La componente 3 presenta caratteristiche spettrali simili alle proteine, in particolare la fluorescenza è dovuta alla tirosina e triptofano. La componente 4 invece è probabilmente di origine antropica, l’analisi dello spettro di eccitazione/emissione lascia pensare si tratti di un composto derivante dalla combustione di idrocarburi policiclici aromatici.
Sono state individuate sulla base di salinità e temperatura le tre principali masse d’acqua presenti in quest’area: (1) l’acqua in ingresso dall’ Atlantico(AW) ( S=36,3 e T=15,5 C°), (2) l’acqua Levantina intermedia (LIW), che fuoriesce dal Mediterraneo ad una profondità compresa tra 200 e 500 m, riconoscibile dall’elevata salinità (S=38,5-38,7 e T=13,1 C°) e (3) la Western Mediterranean Deep Water (WMDW) (S=38,45-38,47 T=13.0). É inoltre evidente una marcata stratificazione della colonna d’acqua, con un termoclino ben visibile a 50 m, che favorisce l’accumulo di DOC nel mixed layer dove si osservano concentrazioni >60 µM. Il DOC tende poi a diminuire lungo la colonna d’acqua fino alla profondità di circa 500 m. Al di sotto di tale profondità i suoi valori rimangono pressoché costanti con concentrazioni comprese tra 40 e 34 µM. Sono presenti delle eccezioni a questo pattern generalmente legate ai processi fisici che avvengono nell’area di campionamento, ad esempio è possibile in alcune zone in prossimità del fondo, riscontrare un aumento del DOC (~42-45 µM) dovuto alla formazione di acqua profonda. Di particolare interesse sono i valori minimi osservati (34-36 µM), che dal confronto con la letteratura risultano essere i valori più bassi registrati in oceano e che per via del breve tempo di turnover delle acque in Mediterraneo risultano singolari.
La distribuzione verticale della fluorescenza di tipo umico mostra bassi valori in superficie (0-50 m), con un aumento al di sotto del termoclino fino alla profondità di ~500 m. I minimi superficiali possono essere spiegati dalla degradazione fotochimica che è massima in estate nel mixed layer, a seguito dell’elevato irraggiamento. Valori bassi di fluorescenza sono riscontrabili al fondo, tuttavia anche in questo caso sono presenti eccezioni. E’ interessante osservare un massimo di fluorescenza di tipo umico nella LIW, in corrispondenza di un massimo di AOU. Questa osservazione, in accordo con quanto osservato in oceano, suggerisce che la fluorescenza di tipo umico potrebbe essere dovuta alla presenza di DOM degradata e quindi probabilmente refrattaria.