Mimkes, Julika
(2001)
Ein neues Fluorometer zum Nachweis organischer Stoffe im Meer.
["eprint_fieldopt_thesis_type_diplom-magister" not defined], Universität Oldenburg.
Abstract
Gelbstoff, ein Sammelbegriff für Abbauprodukte von organischem Material, ist in
fast allen Gewässern zu finden. Er entsteht überall, wo Mikroorganismen leben oder
gelebt haben, und ist in allen natürlich vorkommenden Wasserarten und selbst in
Mineralwasser und alkoholischen Getränken zu finden. Durch starke UV Strahlung
kann Gelbstoff allerdings zerstört werden. Im Meer hat Gelbstoff vor allem
terrestrischen Ursprung, er wird meist über Flüsse ins Meer transportiert.
Die Meere sind ein sehr komplexes System. Zyklen von Strömungen, Nährstoffen,
lebender und toter Biomasse und gelöstem Material sind ineinander verwoben, Zu-
flüsse, Niederschläge, Wind und Sonne verändern das System.
Der Salzgehalt und die Wassertemperatur oder bestimmte Inhaltsstoffe sind aber für
die Herkunft einer Wasserart charakteristisch und verändern sich über große Zeit-
räume nicht. Sie werden „Tracer“ und ihr Verhalten innerhalb der Wassersäule wird
„konservativ“ genannt. Durch das Messen der Tracer kann eine Wassermasse
charakterisiert und unter Umständen ihre Herkunft bestimmt werden.
Gelbstoff hat eine Lebensdauer von bis zu 103 Jahren und kann daher im Küstenbe-
reich als Tracer verwendet werden. Es ist somit wichtig, mehr über Gelbstoff zu er-
fahren, festzustellen, unter welchen Randbedingungen Gelbstoff zur Identifikation
von Wassermassen genutzt werden kann und den Ursprung des Gelbstoffs zu ergrün-
den.
Der globale Kohlenstoff-Kreislauf und insbesondere die Rolle des Ozeans als
Kohlenstofffalle sind innerhalb der Klimaforschung ein aktuelles Thema. Durch
Mechanismen wie die „biologische Pumpe“ oder die „physikalische Pumpe“ wird
Kohlenstoff im Ozean gebunden. Zur Veranschaulichung der Leistung der
biologischen Pumpe: Heute liegt die Konzentration von Kohlendioxid in der
Atmosphäre bei 365 ppm (parts per million), vor der Industriellen Revolution bei 280
ppm. Schätzungen zufolge läge sie, wenn keine Photosynthese und andere kohlen-
stoffbindenden Prozesse an der Wasseroberfläche stattfinden würden, bei 900-1000
ppm. Wenn die Photosynthese sich so lange fortsetzten würde, bis alle Pflanzennähr-
stoffe an der Wasseroberfläche aufgebraucht wären, läge sie bei 110-140 ppm.
Ein Ziel der Klimaforschung ist es, die Prozesse und mögliche Veränderungen des
Kohlenstoff-Kreislaufes und der biologischen Pumpe, die durch Klimaveränderun-
gen hervorgerufen werden könnten, tiefer zu verstehen. Dazu müssen das Kohlen-
stoff-System untersucht und u.a. die Gelbstoffmengen und -veränderungen ermittelt
werden.
(Aus: A U.S. Carbon Cycle Science Plan:
http://www.gcrio.org/OnLnDoc/pdf/pdf/ccsp.pdf).
1. Motivation und Zielsetzung 4
Da Gelbstoff charakteristische Absorptionsbanden hat und stark fluoresziert, kann er
einfach detektiert werden.
Aus diesen Gründen ist das Ziel dieser Diplomarbeit, ein Fluorometer für gelöste
organische Materie (dissolved organic matter = DOM) zu entwickeln, das die neueste
Lichtquellengeneration ausnutzt.
Es wurde ein neues Fluorometer mit dem Name FluDOM entworfen. Es ist zur Zeit
nur für die Detektion von Gelbstoff ausgelegt, kann aber für die aromatischen
Aminosäuren Tryptophan und Tyrosin modifiziert werden.
In dieser Arbeit werden in Kapitel 2 die Grundlagen der Gelbstofffluoreszenz
erläutert. Zunächst wird auf die Physik der Fluoreszenz und einige verwandte Effekte
eingegangen, dann werden die Eigenschaften von Gelbstoff beschrieben. Kapitel 3
beschäftigt sich mit der Entwicklung des FluDOM. Die erste Version, die auf der
Fahrt in den Skagerrak im September 2000 zum Einsatz kam, wird ausführlich
beschrieben. Anschließend werden die Modifikationen, die für den zweiten Einsatz
im Atlantik im Februar 2001 durchgeführt wurden, erklärt. In Kapitel 4 und 5 werden
die Ergebnisse der Fahrten in den Skagerrak und den Atlantik vorgestellt.
Abschließend erfolgt in Kapitel 6 ein Ausblick auf die Weiterentwicklung des
FluDOM, um es als in situ Gerät, also direkt in der Wassersäule, einsetzen zu
können.
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