기후변화에따른용존유기탄소의변동

해양생태계와 기후변화 워크샵 / 국립수산과학원 동해수산연구소 2010.4. 22

기후변화에 따른 용존 유기탄소의 변동

- Dissolved Organic Carbon (DOC) and Climate –

부 경 대 학 교 해 양 학 과 박 미 옥

개요

• 용존 유기탄소는 그 종류가 다양할 뿐 아니라 농도도 매우 낮아 분석상의 어려움이 따르므로, 현재까지 대양에서의 분포와 조성에 대해 알려진 바가 매우 적다. 최근 들 어, 자외선과 가시광선의 영역에서 빛을 흡수하거나 형광을 내는 용존 유기물의 광학 특성을 이용한 연구가 활발해지고 있다.

용존 유기탄소의 총량은 용존 무기탄소 (DIC)에 비해 적은 양이지만, 대기 중 이산화 탄소 총량과 맞먹는 중요한 탄소 저장고임에도, 이들의 탄소 순환에 대한 역활에 대 한 연구가 부족하여, 전지구적 탄소순환에 대한 용존 유기탄소의 역할에 대한 이해가 요구되고 있다.

특히 지구온난화 과정에 의한 해수 수온상승의 영향으로 북극 해역에서 동토층이 녹 을 경우, 담수를 통한 용존 유기물의 공급의 현저한 증가가 탄소 순환과정과 일차생 산에 대해 미치게 될 영향을 고찰해 보고자 한다.

Contents

I. DOC and Carbon cycle

II. DOC flux in Arctic Ocean

III. East Sea data

What is DOC?

DOC is a fraction of organic carbon, which can pass pore size 0.45 um.

DOC is a decomposed product of plants, and comprised a great pool of

organic carbon and food for microorganisms.

DIC

DOC ^CDOM

FDOM

( Pg C )

!

Dissolved Organic Carbon (DOC) and Climate

• 대기 중 이산화탄소 총량과 같은 양의 탄소가 해양의 용존 유기물질의 형태로 존재한다.

(Siegenthaler and Sarmiento, 1993)

용존 유기탄소 중 CDOM(Chromophoric DOM)의 photo-bleaching, 미생물 분해 à 용존 유기탄소의 분해à 이산화탄소의 해양 – 대기간 flux 변동 -> 온난화 기여

Oxidation of 1% of DOC in seawater can produce CO

₂

₂

Very few data of DOC in polar

region is available!

Deep-ocean gradients in concentration of DOC

• 과거에 심해의 용존 유기탄소는 대부분 난분해성이며, 균일하게 분포한다고 알려져 왔지만, 최근 방사능 연대측정 자료에 의해 용존 유기탄소가 탄소순환에 기여하고 있음이 확인되었다.

(Bauer et al., 1992)

• 특히 Hansell and Carlson (1998)은 심해 용존 유기탄소의 수직농도 변화를 관찰한 결과 북대서양 심층수가 북태평양 심층수로 이동하는 동안에 약 29%의 용존 유기탄소가 감소했다고 보고했다 .

(Nature, Vol 395, 263p).

그럼에도 불구하고, 전 지구적 탄소순환에 대한

용존 유기탄소(DOC)의 역할에 대해서는 잘 알려져 있지 않다

.

Mean concentration of DOC (um) in the deep ocean

(Hansell and Carlson, 1998)

Carbon dating of DOC in deep sea was over 5,000 years !

Atlantic ocean Pacific/Indian ocean

surface NPDW/IODW

NADW

CDW NORTH SOUTH NORTH About 29% of DOC was decomposed but refractory DOC return to the surface water to the cycle.

CIRCUMPOLAR

WATER

II. DOC flux in Arctic Ocean

A budget of the DOC fluxes to and from the Arctic ocean:

sink or source?

inflow : 112 x 10

¹²

Net outflow : -5 x10

¹²

¹²

Even if Arctic Ocean itself is neither a sink nor a

source of DOC, there is significant export of DOC to the North Atlantic. ( x 10 ¹² g C/y)

In Inflow from Pacific Ocean 22 River runoff 23 out in-situ production - respiration -16

Net export of DOC

out of Arctic ocean to North Atlantic 29

In-situ production of DOC

Arctic Ocean Carbon Cycle by changes in Environmental factors

Increase of SST 2.Loss of Ice 3. Increase of UV-B

Increase in terrestrial DOM flux

melting of Permafrost decrease in ice algae physiological damageo on

phytoplankton & composition change Increase of photosynthesis

in coastal and central Artic ocea Stratification

at Marginal Ice Zone

Photobleaching of CDOM

Increase in gas exchange rate in Arctic Ocean

Change in DOM-C flux in Arctic ocean

Production and destruction of CDOM*

* CDOM(Chromophoric Dissolved Organic Matter)

Absorption by Chl a and CDOM

Upto 70% of absorption of Chl a can be

attributed to CDOM

Ultraviolet

Ultraviolet fluorescence fluorescence of the aromatic amino acids of the aromatic amino acids

Biochem J. 1957 March; 65(3): 476–482.

F. W. J. Teale and G. Weber

East Sea data

2009년 1차 동해 조사자료

• - 조사선 : 해양 2000호

• - 조사 일시 : 09. 08. 08 ~ 18

• - 총 조사 정점 : 46개 (8개 정선)

• - 조사 항목

• 1) CDOM

• 2) FDOM

• 3) DOC

• 4) Chl a

(ng/L)

Aqua_MODIS

monthly composition of August

Range : 2.4 ~ 1528.2 ng/L Average : 436.4 ng/L

Distribution of Chl a

Range : 2.13 ~ 172.67 μM Average : 107.43 μM

129 129.5 130 130.5

34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5

-0.20 -0.18 -0.15 -0.13 -0.10 -0.08 -0.05 -0.02 0.00 0.02 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 0.25 0.28 0.30

DOC (μM)

a _CDOM

DOC vs CDOM vs Chl a

Chl a vs CDOM

• A. Coastal region (Chl

average = 485.9 ng/L)

• 1) Chl

과 CDOM : R ² = 0.6386 (

_CDOM (335))

• 2) CDOM과 FDOM (Visible-terrestrial humic) : R ² = 0.3231

• è 연안에서 CDOM의 공급은 생물과 육지의 영향을 동시에 받는 것으로 추정됨

• B. Offshore region (Chl

average = 282.6 ng/L)

• 1) Chl

과 CDOM : R ² = 0.0329 (

_CDOM (335))

• 2) CDOM과 Visible-terrestrial humic : R ² = 0.018

• è 육상기원 CDOM의 공급이 미미하고, 외양역에서 주로 식물플랑크톤에 기인될 것이라고 예상하였으나, 식물플랑크톤과의 연관성은 뚜렷이 나타나지 않음

• è 추가 공급원이나 제거요인 존재 확인

(미생물 작용 및 광분해 등의 공급 및 제거 요인에 의한 조절)

Chl a vs CDOM

CDOM vs DOC

FDOM vs CDOM

Visible-terrestrial humic

129 129.5 130 130.5

34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5

-0.20 -0.18 -0.15 -0.13 -0.10 -0.08 -0.05 -0.02 0.00 0.02 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 0.25 0.28 0.30

a _CDOM

FDOM vs CDOM

DOC vs FDOM

Coastal

DOC (uM)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

FDOM (cps)

3.0e+4 4.0e+4 5.0e+4 6.0e+4 7.0e+4 8.0e+4 9.0e+4 1.0e+5 1.1e+5

R

= 0. 4600

Offshore

DOC (uM)

40 60 80 100 120 140 160 180

FDOM (cps)

2.0e+4 3.0e+4 4.0e+4 5.0e+4 6.0e+4 7.0e+4

R² = 0.0201

• A. Coastal region

• 1) DOC와 CDOM : R ² = 0.059 ( a _CDOM (335))

• 2) DOC와 Chl a : R ² = 0.006

• 3) DOC와 Visible-terrestrial humic : R ² = 0.460

• è 연안의 경우, DOC vs CDOM 그리고 DOC vs Chl a 의 상관관계는

• 극히 미미하게 관찰됨

• è 반면, DOC는 Visible-terrestrial humic와 비교적 좋은 역상관관계를 보임

• B. Offshore region

• 1) DOC와 CDOM : R ² = 0.3487 ( a _CDOM (335))

• 2) DOC와 Chl a : R ² = 0.138

• 3) DOC와 Visible-terrestrial humic : R ² = 0.0201

• è 연안보다 DOC 내에 CDOM의 비중이 큰 것으로 보임

• è 식물플랑크톤의 기여도는 주요인자가 아닌 것으로 추정됨

• A. Coastal region

• 1) DOC와 CDOM : R ² = 0.059 ( a _CDOM (335))

• 2) DOC와 Chl a : R ² = 0.006

• 3) DOC와 Visible-terrestrial humic : R ² = 0.460

• è 연안의 경우, DOC vs CDOM 그리고 DOC vs Chl a 의 상관관계는

• 극히 미미하게 관찰됨

• è 반면, DOC는 Visible-terrestrial humic와 비교적 좋은 역상관관계를 보임

• B. Offshore region

• 1) DOC와 CDOM : R ² = 0.3487 ( a _CDOM (335))

• 2) DOC와 Chl a : R ² = 0.138

• 3) DOC와 Visible-terrestrial humic : R ² = 0.0201

• è 연안보다 DOC 내에 CDOM의 비중이 큰 것으로 보임

• è 식물플랑크톤의 기여도는 주요인자가 아닌 것으로 추정됨

DOC vs CDOM 및 DOC vs Chl a

THTHa

감사합니다! Thanks!