Advanced

Effects of Sunlight on Organic Matter and Bacteria in Lakes

Lindell, Måns (1996)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

I denna avhandlingen studeras solljusets effekter på organiskt material och bakterier i akvatiska ekosystem. Särskild inriktas arbetet på UV-B strålning då instrålning till jorden av detta kortvågiga UV-ljus troligen ökar p g a ett minskat ozonlager. Ozonlagersproblematiken är verifierad över både norra och södra halvklotet.



Resultaten visar på att en betydande del av det lösta organiska materialet i sjöar bryts ner av solljus. En slutprodukt vid nedbrytningen är koldioxid (CO2). Ju mer organiskt kol närvarande i vattnet ju mer CO2 bildas. Produktionen av CO2 kan under en solig sommardag i ytvatten nå samma storlekar som hela den planktoniska respirationen under en... (More)
Popular Abstract in Swedish

I denna avhandlingen studeras solljusets effekter på organiskt material och bakterier i akvatiska ekosystem. Särskild inriktas arbetet på UV-B strålning då instrålning till jorden av detta kortvågiga UV-ljus troligen ökar p g a ett minskat ozonlager. Ozonlagersproblematiken är verifierad över både norra och södra halvklotet.



Resultaten visar på att en betydande del av det lösta organiska materialet i sjöar bryts ner av solljus. En slutprodukt vid nedbrytningen är koldioxid (CO2). Ju mer organiskt kol närvarande i vattnet ju mer CO2 bildas. Produktionen av CO2 kan under en solig sommardag i ytvatten nå samma storlekar som hela den planktoniska respirationen under en dag.



Emellertid så absorberas ljuset av organisk material, i huvudsak av humus i våra svenska sjöar. Det medför att ljuset avtar med ökat djup och eventuella solljuseffekter begränsas därmed till ytan. Ju mer humus (d v s ju brunare vatten) ju större är utsläckningen av ljus. Det kortvågiga UV-B ljuset (280-320 nm) släcks ut redan efter ett par cm i en brun smålandssjö, men kan nå djup till ca en meter i extremt klara insjöar. Längre våglängdsområden kan däremot tränga djupare ned och påverka både organisk material såväl som organismer. Ett resultat av denna avhandling är att även långvågigt UV-ljus, s k UV-A 320-400nm, och t o m synligt ljus, PAR 400-700 nm, kan ha större betydelse jämfört med UV-B då UV-A och PAR har större verkansdjup.



I avhandlingen studeras också bakteriers respons på solljus. Bakterier är i huvudsak, negativt påverkade av det direkta solljuset i ytan av en sjö. Men då solljuset bara är som intensivast under ett par timmar runt klockan tolv (och dessutom endast under ett par sommarmånader om året) är troligen den slutgiltiga negativa responsen låg. Då vattenmassan cirkulerar ständigt roterar bakterier mellan den farliga zonen och skyddande djupare vattenlager. Humus kan nämligen fungera som ett skyddande filter. I havsvatten är troligen de negativa effekterna större då ljuset når längre ned där.



Samtidigt som bakterierna inhiberas så stimuleras deras tillväxt av att humus (eller organiskt material) bryts ned av solljustet. En del blir som nämnts ovan CO2 men en större del omvandlas, transformeras till former och mindre molekyldelar som är lättare för bakterier att ta upp. Därför stimuleras deras tillväxt av den ökade substratmängen och bakterierna blir både fler och större om de odlas i ett belyst vatten. Troligen äger detta rum under ett par timmar mitt på dagen och under dygnets mörkare timmar kan bakterierna då tillgodogöra sig den producerade födan.



I avhandlingen föreslås en länk mellan ozonhålsproblematiken och växthuseffekten. Ökad mängd kortvågigt och slagkraftigt UV-B ljus medför en ökad production av CO2 genom två processer. den första processen utgörs av den direkta CO2 produktioonen vi fotooxidation, den andra processen utgörs av organismernas respiration som ökar av den ökade tillväxten av bakterier. En slutsats i avhandlingen är vidare att de befintliga UV-B mängder som för tillfället når jorden är inte av större betydelse då UV-A och PAR har avsevärt större effekt totalt sett i sjöar. (Less)
Abstract
This thesis examines the role of sunlight, specifically ultraviolet-B radiation (280-320 nm), on dissolved organic matter (DOM) and bacteria in lakes. Field experiments in lakes with different humic contents and geographical locations have been performed.



Photooxidation result in that part of DOM is oxidized to inorganic carbon (DIC), mainly CO2. The photooxidation rate can be of the same magnitude as respiration at lake surface on a sunny summer day. However, on a depth-integrated basis down 2 m, respiration showed to be 3-12 times higher than photooxidation, as photooxidation is restricted to the surface. Simultaneously, DOM is photochemically transformed into more available forms to bacteria, thereby enhancing... (More)
This thesis examines the role of sunlight, specifically ultraviolet-B radiation (280-320 nm), on dissolved organic matter (DOM) and bacteria in lakes. Field experiments in lakes with different humic contents and geographical locations have been performed.



Photooxidation result in that part of DOM is oxidized to inorganic carbon (DIC), mainly CO2. The photooxidation rate can be of the same magnitude as respiration at lake surface on a sunny summer day. However, on a depth-integrated basis down 2 m, respiration showed to be 3-12 times higher than photooxidation, as photooxidation is restricted to the surface. Simultaneously, DOM is photochemically transformed into more available forms to bacteria, thereby enhancing bacterial growth. Bacteria grew both in numbers and volumes, resulting in several-fold increase in biomass when inoculated to sunexposed sterile lake water.



However, bacteria are negatively affected by direct sunlight. As sunlight decreases with increasing depth, the attenuating compounds (humic acids) in the water act as a protective filter to organisms. Thus, bacterial production in a clear lake was negatively affected to 2 m depths, whereas in a humic lake negative effects were only recorded down to 0.2 m. In the investigated lakes, 10 % of surface radiation values of UV-B was found at 55 cm in the clearest lake but only at 1.5 cm in the most humic lake. Photochemical effects on both bacteria and DOM occurred deeper than penetration of UV-B, suggesting that other wavelengths can be of importance. Even at surface, UV-B plays a minor role in photochemical DIC-production (17 %) compared to UV-A (39 %) and PAR (44 %). Photooxidation of DOM in lakes at different geographical places react equally to sunlight. However, within a lake, DOM exhibit seasonal variations, being most sensitive in spring and least sensitive at fall.



A balance between stimulation and suppression of bacteria in lakes exists. Bacteria are mainly inhibited during daytime, but may during night benefit from the photoproduced substances. As UV-B reaching the earth surface is likely to increase due to ozone depletion, and that CO2 is produced photochemically and indirectly by the stimulated bacterial growth, a link between ozone depletion and the 2greenhouse effect2 is suggested. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Lean, David R.S., National Water Research Institute, Canada Center for Inland Waters, Burlington, Canada
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
stimulation, carbon, humic, freshwater, pelagial, DOM, DIC, DOC, degradation, transformation, UV-B, photooxidation, UV-A, inhibition, Hydrobiology, marine biology, aquatic ecology, limnology, Marinbiologi, limnologi, akvatisk ekologi
pages
136 pages
publisher
Limnology, Department of Ecology, Lund University
defense location
Blue Room, Ecology Building, Lund
defense date
1996-11-22 10:15
external identifiers
  • other:LUNBDS/NBLI-96/1029+136pp
ISSN
1100-6366
ISBN
91-7105-080-9
language
English
LU publication?
no
id
49a530ee-39a4-4614-a29b-2909dab139c8 (old id 28765)
date added to LUP
2007-06-12 11:36:45
date last changed
2016-09-19 08:44:59
@phdthesis{49a530ee-39a4-4614-a29b-2909dab139c8,
  abstract     = {This thesis examines the role of sunlight, specifically ultraviolet-B radiation (280-320 nm), on dissolved organic matter (DOM) and bacteria in lakes. Field experiments in lakes with different humic contents and geographical locations have been performed.<br/><br>
<br/><br>
Photooxidation result in that part of DOM is oxidized to inorganic carbon (DIC), mainly CO2. The photooxidation rate can be of the same magnitude as respiration at lake surface on a sunny summer day. However, on a depth-integrated basis down 2 m, respiration showed to be 3-12 times higher than photooxidation, as photooxidation is restricted to the surface. Simultaneously, DOM is photochemically transformed into more available forms to bacteria, thereby enhancing bacterial growth. Bacteria grew both in numbers and volumes, resulting in several-fold increase in biomass when inoculated to sunexposed sterile lake water.<br/><br>
<br/><br>
However, bacteria are negatively affected by direct sunlight. As sunlight decreases with increasing depth, the attenuating compounds (humic acids) in the water act as a protective filter to organisms. Thus, bacterial production in a clear lake was negatively affected to 2 m depths, whereas in a humic lake negative effects were only recorded down to 0.2 m. In the investigated lakes, 10 % of surface radiation values of UV-B was found at 55 cm in the clearest lake but only at 1.5 cm in the most humic lake. Photochemical effects on both bacteria and DOM occurred deeper than penetration of UV-B, suggesting that other wavelengths can be of importance. Even at surface, UV-B plays a minor role in photochemical DIC-production (17 %) compared to UV-A (39 %) and PAR (44 %). Photooxidation of DOM in lakes at different geographical places react equally to sunlight. However, within a lake, DOM exhibit seasonal variations, being most sensitive in spring and least sensitive at fall.<br/><br>
<br/><br>
A balance between stimulation and suppression of bacteria in lakes exists. Bacteria are mainly inhibited during daytime, but may during night benefit from the photoproduced substances. As UV-B reaching the earth surface is likely to increase due to ozone depletion, and that CO2 is produced photochemically and indirectly by the stimulated bacterial growth, a link between ozone depletion and the 2greenhouse effect2 is suggested.},
  author       = {Lindell, Måns},
  isbn         = {91-7105-080-9},
  issn         = {1100-6366},
  keyword      = {stimulation,carbon,humic,freshwater,pelagial,DOM,DIC,DOC,degradation,transformation,UV-B,photooxidation,UV-A,inhibition,Hydrobiology,marine biology,aquatic ecology,limnology,Marinbiologi,limnologi,akvatisk ekologi},
  language     = {eng},
  pages        = {136},
  publisher    = {Limnology, Department of Ecology, Lund University},
  title        = {Effects of Sunlight on Organic Matter and Bacteria in Lakes},
  year         = {1996},
}