• absorption
• Fluorescence
• Mediterranean Sea
• Global carbon cycle
• DOM
• Ciclo globale del carbonio
• assorbimento
• fluorescenza
• Mar Mediterraneo
• DOM

Il Mar Mediterraneo è il più grande bacino semichiuso della Terra; è collegato all'Oceano Atlantico attraverso lo Stretto di Gibilterra, unico punto di scambio tra le sue acque e gli oceani. Il Mar Mediterraneo presenta una circolazione termoalina ed eventi di formazione di acque profonde simili a quelli osservati negli oceani. È caratterizzato da alti tassi di evaporazione, determinando un aumento della salinità e di conseguenza della densità delle sue acque. La sua circolazione è guidata dall'ingresso dell'acqua superficiale atlantica; questa massa d'acqua, una volta nel bacino levantino, sprofonda a causa degli alti tassi di evaporazione e del conseguente aumento di salinità durante il suo percorso nel bacino, quindi forma l'acqua levantina intermedia (LIW). La LIW è caratterizzata da un massimo di salinità in tutto il bacino ed è posizionata ad una profondità compresa tra 200 e 500 m.
La sostanza organica disciolta (DOM) viene definita operativamente come una miscela complessa di molecole organiche che passa attraverso un filtro di 0,2 μm. Rappresenta una delle più grandi riserve di carbonio sulla Terra, contenendo una quantità di carbonio simile a quella presente sottoforma di CO₂ nell'atmosfera; svolge quindi un ruolo chiave nel ciclo globale del carbonio. La DOM viene utilizzata dai procarioti eterotrofi come principale fonte di energia, dando il via al microbial loop e regolando il corretto funzionamento dell'ecosistema marino. La frazione cromoforica del DOM (CDOM) assorbe parte della radiazione negli spettri del visibile e ultravioletto; una frazione di CDOM può riemettere parte della luce assorbita sottoforma di fluorescenza (FDOM). Attraverso lo studio delle proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza) siamo quindi in grado di ottenere informazioni qualitative sul pool della DOM (es. peso molecolare medio e grado di aromaticità delle molecole nel suo pool, presenza di composti di tipo proteico e di tipo umico).
L'obiettivo di questo lavoro è utilizzare le proprietà ottiche (assorbimento e fluorescenza) della DOM per studiarne la dinamica nel Mar Mediterraneo, con particolare attenzione sulla LIW. L'ipotesi è che la DOM si trasformi nel core della LIW seguendo il suo percorso e quindi seguendo l'invecchiamento di questa massa d'acqua.
Per raggiungere questo obiettivo, sono stati raccolti 249 campioni durante la campagna oceanografica PERLE4 nell'ambito del progetto francese PERLE (Pelagic Ecosystem Response to dense water formation in the Levant Experiment). I campioni sono stati raccolti lungo la colonna d'acqua (5, 10, 20, 50, Deep Chlorophyll Maximum (DCM), 100, LIW, 200, 500, 700, 1000, 2000, 3000, 4000 m) nel Mar Mediterraneo orientale, dove la LIW si forma, e nei mari Ionio e Tirreno.
Sono stati studiati i dati chimici (Ossigeno disciolto) e fisici (Temperatura e Salinità) registrati attraverso un sistema CTD al fine di identificare le diverse masse d'acqua. Sui campioni sono stati eseguiti spettri di assorbimento tra 230 e 800 nm e matrici di eccitazione-emissione (EEM) della fluorescenza.
Il coefficiente di assorbimento a 254 nm (a254) varia da 1.30 m-1 nello strato superficiale (0-200 m) a 0.7 m-1 nelle acque profonde (> 1000 m). I valori più alti si osservano al di sopra del termoclino. La buona correlazione lineare diretta tra a254 e carbonio organico disciolto (DOC) suggerisce che l’a254 può essere utilizzato come proxy per la concentrazione di DOC.
Lo Slope (S275-295) varia da un massimo di circa 0,04 nm-1 nello strato superficiale (0-200 m) ad un minimo di circa 0,03 nm-1. I valori più alti sono stati osservati tra 0 e 400 m (0,040-0,038 nm¯¹) nelle stazioni più orientali, probabilmente a causa del photobleaching, insieme ad una progressiva diminuzione verso il Tirreno. La diminuzione di S275-295 seguendo il percorso della LIW indica un aumento del peso molecolare e del grado di aromaticità con l'invecchiamento di questa massa d'acqua.
L'applicazione dell'analisi fattoriale parallela (PARAFAC) alle matrici di eccitazione-emissione di fluorescenza ha permesso la caratterizzazione di quattro componenti nel pool dell’FDOM, indicando la presenza di sostanze di tipo proteico (C3prot) e umico (C1t-hum e C2m -hum) e un componente attribuibile a una miscela di idrocarburi policiclici aromatici e molecole proteiche (C4PAH). Nello strato superficiale, i componenti di tipo umico mostrano il loro minimo di fluorescenza (0.009-0.011 R.U.), che in conformità con l'elevato S275-295, supporta l'impatto del photobleaching su questi composti organici. Al contrario, la fluorescenza della componente di tipo proteico mostra un massimo nello strato superficiale (0-200 m) (0.014-0.016 R.U.), in accordo con la distribuzione verticale del DOC e dell’a254, indicando la loro produzione netta in quest’area. Nello strato subito sotto la superficie, la corrispondenza tra il massimo di C2m-hum e il minimo di ossigeno disciolto suggerisce che con il progredire della respirazione si abbia la produzione di questa componente.

The Mediterranean Sea is the largest semi-closed basin on the Earth; it is connected to the Atlantic Ocean through the Strait of Gibraltar, the only exchange point between its waters and the oceans. The Mediterranean Sea features a thermohaline circulation and deep-water formation events similar to those observed in the global oceans. It is characterized by high evaporation rates, determining an increase in salinity and consequently in the density of its waters. Its circulation is driven by the input of the Atlantic surface water; this water mass, once in the Levantine basin, sinks due to the high evaporation rates and the consequence salinity increase during its path in the basin, and forms the Levantine Intermediate Water (LIW). LIW is characterized by a maximum of salinity in the whole basin and is positioned at a depth between 200 and 500 m.
Dissolved Organic Matter (DOM) is operationally defined as a complex mixture of organic molecules that passes through a 0.2 μm filter. It represents one of the largest carbon reservoirs on Earth, containing a quantity of carbon similar to that present as CO₂ in the atmosphere, it therefore plays a key role in the global carbon cycle. DOM is used by heterotrophic prokaryotes as the main source of energy, starting the microbial loop and regulating the proper functioning of the marine ecosystem. The chromophoric fraction of DOM (CDOM) absorbs part of the radiation in the visible and ultraviolet spectra; a fraction of CDOM can re-emit part of the absorbed light as fluorescence (FDOM). Through the study of the optical properties (absorption and fluorescence) are therefore able to obtain qualitative information on the DOM pool (e.g., average molecular weight and degree of aromaticity of the molecules in its pool, the occurrence of protein-like and humic-like substances).
The goal of this work is to use the optical properties (absorption and fluorescence) of DOM to study its dynamics in the Mediterranean Sea, with particular attention to LIW. The hypothesis is that DOM is transformed in the core of LIW following its path and therefore following the aging of this water mass.
In order to reach this goal, 249 samples were collected during the PERLE4 oceanographic cruise in the framework of the French Project PERLE (Pelagic Ecosystem Response to dense water formation in the Levant Experiment). Samples were collected along the water column (5, 10, 20, 50, Deep Chlorophyll Maximum (DCM), 100, LIW, 200, 500, 700, 1000, 2000, 3000, 4000 m) in the Eastern Mediterranean Sea, where LIW forms, and in the Ionian and Tyrrhenian seas.
Chemical (Dissolved oxygen) and physical (Temperature and Salinity) data recorded through a CTD system were studied in order to identify the different water masses. Absorption spectra between 230 and 800 nm and excitation-emission matrices (EEMs) of the fluorescence were performed on the samples.
The absorption coefficient at 254 nm (a254) ranges from 1.30 m-1 in the surface layer (0-200 m) to 0.7 m-1 in the deep waters (> 1000 m). The highest values are observed above the thermocline. The good direct linear correlation between a254 and Dissolved Organic Carbon (DOC) suggests that a254 can be used as a proxy for DOC concentration.
The spectral slope (S275-295) ranges from a maximum of about 0.04 nm-1 in the surface layer (0-100 m) to a minimum of about 0.03 nm-1. The highest values were observed between 0 and 400 m (0.040-0.038 nm¯¹) of the easternmost stations, probably due to photobleaching, together with a progressive decrease going towards the Tyrrhenian Sea. The decrease in S275-295 following the LIW path indicates an increase in molecular weight and aromaticity degree with the aging of this water mass.
The application of the parallel factor analysis (PARAFAC) to the fluorescence excitation-emission matrices allowed for the characterization of four components in the FDOM pool, indicating the presence of protein-like (C3prot) and humic-like substances (C1t-hum and C2m-hum) and a component attributable to a mixture of polycyclic aromatic hydrocarbons and protein-like molecules (C4PAH). In the surface layer, humic-like components show their minimum in fluorescence (0.009-0.011 R.U.), which in accordance with the high S275-295, supports the impact of photobleaching on these organic compounds. In contrast, protein-like fluorescence shows its maximum in the surface layer (0-200 m) (0.014-0.016 R.U.) in agreement with DOC and a254 vertical distribution, indicating their net production in the surface layer. In the subsurface layer, the correspondence between the C2m-hum maximum and the oxygen minimum suggests that with the progress of respiration this component is produced.