Limnology and Oceanography

The apparent dissociation constants of carbonic acid in seawater were determined as functions of temperature (2–35°C) and salinity (19–43‰) at atmospheric pressure by measurement of K’x and the product K'� K'2. At 35%° salinity and 25°C the measured values were pK′₁ = 6.000 and pK′₂ = 9.115; at 35‰ and 2°C the measured values were pK′₁ = 6.177 and pK′₂ = 9.431.

The use of ¹⁵N‐labeled compounds to obtain specific uptake rates for the various nitrogen sources available to the phytoplankton makes it possible to separate the fractions of primary productivity corresponding to new and regenerated nitrogen in the euphotic zone of the ocean. Measurements of nitrate uptake as a fraction of ammonia plus nitrate uptake have been obtained from the northwest Atlantic and the northeast Pacific oceans. Mean values range from 8.3 to 39.5%, the former being characteristic of subtropical regions and the latter of northern temperate regions or coastal and inland waters.

Nitrogen fixation is also a source of new nitrogen. Rates of nitrogen fixation are found to be as high or higher than nitrate uptake, in some cases suggesting an important role for nitrogen‐fixing phytoplankton.

The role of zooplankton in regenerating nitrogen as ammonia in the Sargasso Sea is examined theoretically. Probably only about 10% of the daily ammonia uptake by phytoplankton is contributed by the zooplankton living in the upper 100 m.

We studied the fluorescence properties of fulvic acids isolated from streams and rivers receiving predominantly terrestrial sources of organic material and from lakes with microbial sources of organic material. Microbially derived fulvic acids have fluorophores with a more sharply defined emission peak occurring at lower wavelengths than fluorophores in terrestrially derived fulvic acids. We show that the ratio of the emission intensity at a wavelength of 450 nm to that at 500 nm, obtained with an excitation of 370 nm, can serve as a simple index to distinguish sources of isolated aquatic fulvic acids. In our study, this index has a value of ~1.9 for microbially derived fulvic acids and a value of ~1.4 for terrestrially derived fulvic acids. Fulvic acids isolated from four large rivers in the United States have fluorescence index values of 1.4–1.5, consistent with predominantly terrestrial sources. For fulvic acid samples isolated from a river, lakes, and groundwaters in a forested watershed, the fluorescence index varied in a manner suggesting different sources for the seepage and streamfed lakes. Furthermore, we identified these distinctive fluorophores in filtered whole water samples from lakes in a desert oasis in Antarctica and in filtered whole water samples collected during snowmelt from a Rocky Mountain stream. The fluorescence index measurement in filtered whole water samples in field studies may augment the interpretation of dissolved organic carbon sources for understanding carbon cycling in aquatic ecosystems.

Chúng tôi đã tập hợp một bộ dữ liệu đo lường hiệu suất dựa trên carbon ¹⁴ để hiểu các biến số quan trọng cần thiết cho đánh giá chính xác việc cố định carbon phytoplankton tích hợp độ sâu hàng ngày (PP(PP_eu)_u) từ đo lường nồng độ sắc tố trên bề mặt biển (C_sat)(C_sat). Từ bộ dữ liệu này, chúng tôi đã phát triển một mô hình chiếu sáng phụ thuộc vào độ sâu để cố định carbon (VGPM) phân chia các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sản xuất chính thành những yếu tố ảnh hưởng đến phân phối theo chiều đứng tương đối của sản xuất chính (P_z)_z) và những yếu tố kiểm soát hiệu suất đồng hóa tối ưu của cấu hình hiệu suất (P(P^B_opt). VGPM đã giải thích được 79% sự biến đổi quan sát trong P_z và 86% sự biến đổi trong PP_eu bằng cách sử dụng các giá trị đo được của P^B_opt. Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng độ chính xác của các thuật toán hiệu suất trong việc ước tính PP_eu phụ thuộc chủ yếu vào khả năng đại diện chính xác sự biến đổi trong P^b_opt. Chúng tôi đã phát triển một mô hình phụ thuộc nhiệt độ P^b_opt được sử dụng kết hợp với hình ảnh khí hậu hàng tháng của C_sat nhiệt độ bề mặt biển, và ước tính sửa cải mây chiếu sáng bề mặt để tính toán tốc độ cố định carbon phytoplankton toàn cầu hàng năm (PP_annu) là 43.5 Pg C yr^‒1. Phân bố địa lý của PP_annu khác biệt rõ rệt so với kết quả từ các mô hình trước đây. Kết quả của chúng tôi minh họa tầm quan trọng của việc tập trung phát triển mô hình P^b_opt trên sự biến đổi theo thời gian và không gian, thay vì chiều dọc.

A new approach for parameterizing dissolved organic matter (DOM) ultraviolet‐visible absorption spectra is presented. Two distinct spectral slope regions (275‐295 nm and 350‐400 nm) within log‐transformed absorption spectra were used to compare DOM from contrasting water types, ranging from wetlands (Great Dismal Swamp and Suwannee River) to photobleached oceanic water (Atlantic Ocean). On the basis of DOM size‐fractionation studies (ultrafiltration and gel filtration chromatography), the slope of the 275‐295‐nm region and the ratio of these slopes (S_R; 275‐295‐nm slope : 350‐400‐nm slope) were related to DOM molecular weight (MW) and to photochemically induced shifts in MW. Dark aerobic microbial alteration of chromophoric DOM (CDOM) resulted in spectral slope changes opposite of those caused by photochemistry. Along an axial transect in the Delaware Estuary, large variations in S_R were measured, probably due to mixing, photodegradation, and microbial alteration of CDOM as terrestrially derived DOM transited through the estuary. Further, S_R varied by over a factor of 13 between DOM‐rich wetland waters and Sargasso Sea surface waters. Currently, there is no consensus on a wavelength range for log‐transformed absorption spectra. We propose that the 275‐295‐nm slope be routinely reported in future DOM studies, as it can be measured with high precision, it facilitates comparison among dissimilar water types including CDOM‐rich wetland and CDOM‐poor marine waters, and it appears to be a good proxy for DOM MW.

Một phương pháp huỳnh quang được mô tả để cung cấp các đo lường nhạy cảm của chlorophyll a đã chiết xuất, không bị các lỗi liên quan đến các kỹ thuật axit hóa truyền thống. Các cấu hình quang học huỳnh quang đã được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy tối đa với Chl a trong khi giữ phản ứng không nhạy từ cả Chl b và pheopigments. Dưới tỉ lệ Chl b:Chl a cực đoan nhất có khả năng xảy ra trong tự nhiên (1 : 1 mol), phương pháp mới chỉ dẫn đến sự ước lượng quá mức 10% giá trị thực của Chl a, trong khi các ước tính từ các phương pháp axit hóa cũ thì thấp hơn 2,5 lần. Trong điều kiện nồng độ pheopigments cao (pheo a: Chl a = 1 : 1 mol), phương pháp mới cung cấp các ước lượng Chl a tương đương với những người được xác định từ kỹ thuật axit hóa. Phương pháp đơn giản mới yêu cầu một phép đo huỳnh quang đơn và cung cấp độ nhạy phù hợp cho kích thước mẫu nhỏ (<200 ml) ngay cả trong các môi trường biển và nước ngọt oligotrophic nhất.

We explore the role of lakes in carbon cycling and global climate, examine the mechanisms influencing carbon pools and transformations in lakes, and discuss how the metabolism of carbon in the inland waters is likely to change in response to climate. Furthermore, we project changes as global climate change in the abundance and spatial distribution of lakes in the biosphere, and we revise the estimate for the global extent of carbon transformation in inland waters. This synthesis demonstrates that the global annual emissions of carbon dioxide from inland waters to the atmosphere are similar in magnitude to the carbon dioxide uptake by the oceans and that the global burial of organic carbon in inland water sediments exceeds organic carbon sequestration on the ocean floor. The role of inland waters in global carbon cycling and climate forcing may be changed by human activities, including construction of impoundments, which accumulate large amounts of carbon in sediments and emit large amounts of methane to the atmosphere. Methane emissions are also expected from lakes on melting permafrost. The synthesis presented here indicates that (1) inland waters constitute a significant component of the global carbon cycle, (2) their contribution to this cycle has significantly changed as a result of human activities, and (3) they will continue to change in response to future climate change causing decreased as well as increased abundance of lakes as well as increases in the number of aquatic impoundments.