PHYTOPLANKTON “BLOOM” AND PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION IN COASTAL WATERS
Abstract
The effect of phytoplankton “bloom” on the change with depth of photosynthetically available radiation (PAR), the spectral downwelling irradiance in costal waters and the phytoplankton ability to absorb PAR in the sea is estimated. A tenfold increase in the chlorophyll a concentration (from 0.4 to 4.0 mg/m3) during the diatom/dinoflagellate “bloom” leads to a decrease in water transparency and a narrowing of the photosynthesis zone, and, consequently, to almost twofold decrease in the average PAR within the layer of phytoplankton existence. The diatom/dinoflagellate “bloom” is accompanied by a change in the spectral features of the downwelling irradiance at the same level of PAR (optical depths): near the bottom of the euphotic zone the maximum of penetrating irradiance shifts to the longer wavelength part (~550-600 nm) compared to background conditions (~500-550 nm). An increase in the biomass of diatoms/dinoflagellates and the concomitant change in the spectral characteristics of downwelling irradiance are accompanied by a decrease in spectrally weighted chlorophyll a specific absorption coefficient by phytoplankton pigments up to ~3 times in comparison to background condition at the same optical depths. When coccolithophores “bloom”, the spectral downwelling irradiance at fixed optical depths and the ability of cells to absorb light change slightly compared to background conditions.
About the Authors
T. Churilova
A. O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of the Sciences
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
V. Suslin
Marine Hydrophysical Institute Russian Academy of the Sciences
Russian Federation
Sevastopol 299011, Crimea
Russian Federation
Sevastopol 299011, Crimea
N. Moiseeva
A. O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of the Sciences
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
T. Efimova
A. O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of Russian Academy of the Sciences
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
Russian Federation
Sevastopol, 299011, Crimea
References
1. Т. Р. Парсонс, М. Такахаши, Б. Харгрейв. Биологическая океанография, Москва, Легкая и пищевая промышленность (1982)
2. Дж. Раймонт. Планктон и продуктивность океана, Москва, Легкая и пищевая промышленность, I (1983)
3. S. Moncheva, O. Gotsis-Skretas, K. Pagou, A. Krastev. Estuarine Coastal Shelf Sci., 53 (2001) 281—295
4. Л. В. Георгиева. Планктон Черного моря, Киев, Наукова думка (1993) 31—55
5. T. J. Smayda. Limnology & Oceanology, 42 , N 5, pt 2 (1997) 1132—1136
6. J. G. Ferreira, J. H. Andersen, A. Borja, S. B. Bricker, J. Camp, M. Cardoso da Silva, U. Claussen. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 93 , N 2 (2011) 117—131; doi: 10.1016/j.ecss.2011.03.014
7. Фитопланктон: открытые районы. Северо-западная часть Черного моря: Биология и экология, под ред. Ю. П. Зайцева, Б. Г. Александрова, Г. Г. Миничевой, Киев, Наукова думка (2006) 175—184
8. Z. Finenko, T. Churilova, A. Parkhomenko, S. Tugrul. Морской эколог. журн., N 4 (2008) 75—84 (in English)
9. BSC, 2008. State of the Environment of the Black Sea (2001-2 2006/7), Ed. Temel Oguz, Publications of the Commission on the Protection of the Black Sea Against Pollution (BSC) 2008-3 3, Istanbul, Turkey (2008) 448
10. T. Churilova, N. Moiseeva, T. Efimova, V. Suslin, O. Krivenko, E. Zemlianskaia. 23rd Int. Symp. Atmospheric and Ocean Optics, 30 November 2017, Atmospheric Physics (2017) 104664B; URL: http://dx.doi.org/10.1117/12.2288339
11. З. З. Финенко, Л. В. Стельмах, И. М. Мансурова, Е. Ю. Георгиева, В. С. Цилинский. Системы контроля окружающей среды, № 9 (29) (2017) 73—82
12. Л. В. Стельмах, И. И. Бабич, С. В. Ляшенко . Экология моря, 61 (2002) 64—68
13. А. А. Джулай. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, № 25-2 (2011) 357—369
14. В. И. Маньковский. Основы оптики океана. Морской гидрофизический ин-т, изд-во Севастополь (1996) 119
15. J. T. O. Kirk. Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystem, Cambridge, UK Cambridge University Press, 3 (2011)
16. В. И. Маньковский, Е. В. Маньковская, М. В. Соловьев. Гидрооптические характеристики Черного моря, Справочник, Севастополь, МГИ НАН Украины (2009)
17. А. С. Кукушкин. Опт. атм. океана, 26 , № 2 (2013) 113—123
18. W. Weibo, Z. Jinping. Acta Oceanol. Sin., 33 , N 6 (2014) 53—62; doi: 10.1007/s13131-014-0489-3
19. E. T. Harvey, J. Walve, A. Andersson, B. Karlson, S. Kratzer. Front. Mar. Sci., 5 (2019) 496; doi: 10.3389/fmars.2018.00496
20. A. U. Bracher, M. M. Tilzer. Polar Biology, 24 , N 9 (2001) 687—696
21. A. Morel. Progres. Oceanography, 26 (1991) 263—306
22. С. В. Вазюля, С. В. Шеберстов. Тр. IX Всерос. конф. “Современные проблемы оптики естественных вод”, 20—22 сентября 2017 г., СПб (2017) 229—234
23. V. V. Suslin, A. A. Latushkin, O. V. Martynov . 24th Int. Symp. Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 108333I, 13 December 2018 (2018); https://doi.org/10.1117/12.2503272
24. T. Churilova, V. Suslin, O. Krivenko, T. Efimova, N. Moiseeva, V. Mukhanov, L. Smirnova. Frontiers in Marine Science, 4 (2017) 90; doi: 10.3389/fmars.2017.00090
25. T. Churilova, V. Suslin, H. M Sosik, T. Efimova, N. Moiseeva, S. Moncheva, V. Mukhanov, O. Rylkova, O. Krivenko. Eur. J. Remote Sens., 52 , suppl. 1 (2019) 123—136; doi: 10.1080/22797254.2018.1533389
26. T. Churilova, V. Suslin, H. M. Sosik. Phys. Oceanogr., 19 , N 6 (2009) 366—378
27. Т. Я. Чурилова, В. В. Суслин, О. В. Кривенко, Т. В. Ефимова, Н. А. Моисеева. Журн. Сиб. фед. ун-та. Биология, 9 , № 4 (2016) 367—384
28. S. W. Jeffrey, G. F. Humphrey. Biochem. Physiolog. Pflanzen, 167 (1975) 191—197; doi: 10.1016/S0015-3796(17)30778-3
29. B. G. Mitchell, M. Kahru, J. Wieland, M. Stramska. NASA Goddard Space Flight Center (2003) 39—64
30. V. A. Ivanov, V. N. Belokopytov. Oceanography of the Black Sea, National Academy of Sciences of Ukraine, Marine Hydrophysical Institute, Sevastopol (2011) 210
31. Г. П. Берсенева, Т. Я. Чурилова, Л. В. Георгиева. Океанология, 44 , № 3 (2004) 389—398
32. Phytoplankton Pigments in Oceanography: Guidelines to Modern Methods, Eds. S. W. Jeffrey, R. F. C. Mantoura, S. W. Wright, UNESCO Publishing (1997) 661
33. Т. Я. Чурилова, З. З. Финенко, А. И. Акимов. ЭКОСИ-гидрофизика (2008) 301—319
34. H. R. Gordon, O. B. Brown, R. H. Evans, J. W. Brown, R. S. Smith, K. S. Baker, D. K. Clark. J. Geophys. Res., 93 , N D9 (1988) 10909—10924
35. R. C. Smith, K. S. Baker. Appl. Opt., 20 (1981) 177—184
36. R. M. Pope, E. S. Fry. Appl. Opt., 36 (1997) 8710—8723
37. A. Bricaud, M. Babin, A. Morel, H. Claustre. J. Geophys. Res., 100 (C7) (1995) 13321—13332
38. V. V. Suslin, S. N. Korolev, A. A. Kucheryaviy, T. Ya. Churilova, O. V. Krivenko. 21 st Int. Sympos. Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 19 November 2015 (2015); doi: http://dx.doi.org/10.1117/12.2203660
39. К. С. Шифрин. Оптика океана, физика океана, Москва, Наука, 1 (1978) 340—396
40. M. Babin, A. Morel, H. Claustre, A. Bricaud, Z. Kolber, P. Falkowski. Deep-Sea Res., I-43 (1996) 1241—1272
41. D. Atlas, T. T. Bannister. Limnol. Oceanogr., 25 (1980) 157—159
42. H. L. MacIntyre, T. M.Kana, J. Anning, R. Geider. J. Phycology, 38 (2002) 17—38
43. M. J. Behrenfeld, R. T. O’Malley, E. S. Boss, T. K. Westberry, J. R. Graff, K. H. Halsey, M. B. Brown. Nature Climate Change, 6 , N 3 (2015) 323—330; doi:10.1038/nclimate2838
44. The Black Sea: Ecology and Oceanography. Biology of Inland Waters. By Yuri I. Sorokin. Leiden (The Netherlands), Backhuys Publishers (2002) 875; ISBN: 90–5782–105–2
45. В. Д. Чмыр, А. С. Болога, З. П. Бурлакова, В. И. Холодов. Первичная продукция западной части моря в весенний период. Динамика вод и продуктивность планктона Черного моря, Москва, ИОАН СССР (1988) 301—314
46. C. Gameiro, J. Zwolinski, V. Brotas. Hydrobiologia, 669 (2011) 249—263; doi: 10.1007/s10750-011-0695-3
47. T. Churilova, V. Suslin, N. Moiseeva, T. Efimova. 24th Int. Sympos. Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1083365, 13 December 2018 (2018); doi: 10.1117/12.2504637
Review
For citations:
Churilova T., Suslin V., Moiseeva N., Efimova T. PHYTOPLANKTON “BLOOM” AND PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION IN COASTAL WATERS. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2019;86(6):976-985. (In Russ.)
Views: 318
Email this article 