Predgovor

---

Oznaka: 0098122

PRIRODA I REAKTIVNOST ORGANSKIH TVARI U MORU I OKOLIŠU

NATURE AND REACTIVITY OF ORGANIC SUBSTANCES IN SEAWATER AND ENVIRONMENT
Voditelj projekta: dr. sc. Ćosović Božena

Tel. ++385 1 4561 105   e-mail: [e-mail]

Suradnici
Elvira Bura Nakić, prof. kemije i biologije, znanstvena novakinja u suradničkom zvanju asistentice
Irena Ciglenečki-Jušić, doktorica kem. znanosti, znanstvena suradnica
Božena Ćosović, doktorica kem. znanosti, znanstvena savjetnica
Sanja Frka-Milosavljević, dipl. ing. kemije, znanstvena novakinja u suradničkom zvanju asistentice
Blaženka Gašparović, doktorica kem. znanosti, znanstvena suradnica
Zlatica Kozarac, doktorica kem. znanosti, znanstvena savjetnica
Damir Krznarić, doktor kem. znanosti, viši znanstveni suradnik
Marta Plavšić, doktorica kem. znanosti, znanstvena savjetnica od 6.5.2005.
Dubravko Risović, doktor fiz. znanosti, znanstveni suradnik (konzultant)
Vjeročka Vojvodić, doktorica kem. znanosti, viša znanstvena suradnica od 30.6.2005.

Tehnički suradnici
Jelena Dautović
Zdeslav Zovko, inž. kemijske tehnologije

Vanjski suradnici
Cindy Lee, doktorica kem. znanosti, Marine Sciences Research Center, State University of New York, Stony Brook, NY, SAD (konzultantica)
Dietmar Möbius, doktor kem. znanosti, znanstveni savjetnik, Max-Planck Institut fur biophysikalische Chemie, Göttingen, Njemačka (konzultant)
Palma Orlović-Leko, doktorica tehničkih znanosti, viša asistentica, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb (konzultantica)
Paul Wassmann, doktor biol. znanosti, Universitetet i Tromsø, Tromsø, Norveška (konzultant)

Program rada i rezultati na projektu:

Organska tvar je važan sastojak prirodnih voda koji ima dominantu ulogu u mnogim biološkim, geološkim i kemijskim procesima u moru i okolišu. Površinski aktivna svojstva organskih tvari određuju njihovo ponašanje i nagomilavanje na granicama faza vode s atmosferom, česticama sedimenta i suspendiranih tvari, te na biološkim membranama.

U 2005. godini nastavljena su laboratorijska i terenska istraživanja u okviru projekta na sljedećim problematskim cjelinama:

Karakterizacija organskih tvari, te određivanje površinski aktivnih tvari i biološki aktivnih organskih tvari u moru, u području sjevernog Jadrana, na transektu Rovinj-Po, u području ušća rijeke Krke, u Rogozničkom jezeru, te u vodama sjeverno Norveških fjordova.

Nastavljena su Ispitivanja mikrosloja površine mora kompleksnim metodološkim pristupom. Nastavljena su sustavna ispitivanja organske tvari, posebno površinski aktivnih u oborinama u Zagrebu i u Šibeniku.

Nastavljena su istraživanja interakcije organskih tvari sa drugim mikrokonstituentima mora, posebice satragovima metala (kapacitet kompleksiranja) te sumpornim spojevima.

Istraživani su biogeokemijski procesi u anoksičnom morskom ekosustavu kao što je Rogozničko jezero.

Dan je značajan doprinos poznavanju procesa nastajanja mukoznih agregata pri «cvjetanju mora» u sjevernom Jadranu. Ispitivane su raspodjele otopljene (DOC) i partikularne organske tvari (POC) u vrijeme intenzivnih stvaranja mukoznih nakupina i utvrđeno je da POC vjerojatno ima važniju ulogu u stvaranju istih. Određeni su DOC/POC omjeri u oligotrofnim i produktivnim vodama. Unutar agregata dominira POC, a org. ugljik unutar agregata doseže i do 100 puta veće vrijednosti od onih u okolnoj vodi ili vodi bez prisutnih agregata.

Metode koje smo razvili u našem laboratoriju primijenjene su u usporednim istraživanjima reaktivnosti organskih tvari u drugim akvatorijima, kao što su sjeverno Norveški fjordovi. Raspodjela organske tvari (DOC i POC) kao i raspodjela specifičnih spojeva poput folne kiseline i površinski aktivnih tvari u norveškim fjordovima prikazana je po prvi puta.

Struktura adsorbiranog sloja utječe na procese izmjene tvari na granici faza što se može primjeniti u ispitivanjima transporta tvari na prirodnim granicama faza i između različitih sastavnica okoliša ( zrak,voda, sediment, biota). U istraživanjima površinskog mikrosloja mora primjenili smo optičke i spektroskopske metode. Originalni i ex-situ rekonstruirani filmovi vizualizirani su mikroskopijom pod Brewsterovim kutem (BAM) koja je pružila informacije o homogenosti odnosno heterogenosti filmova, stvaranju domena, faznim prijelazima i adsorpciji materijala iz vodenog stupca na površinu. Fraktalnom analizom BAM slika utvrđeno je da prilikom kompresije filmova dolazi do faznog prijelaza drugog reda što je pružilo dodatne informacije o strukturi i procesima u mikrosloju.

Nastavljena su dugogodišnja istraživanja eutrofikacije u Rogozničkom jezeru, s pojavom anoksije u pridnenom sloju jezera, i dobivena nova saznanja o procesima u anoksičnim morskim sustavima. Istražena je vertikalna struktura mikrobioloških zajednica u Rogozničkom jezeru. Određene su raspodjele autotrofnih pikoplanktona, heterotrofnih bakterija, nanoflagelata, bakterijske aktivnosti po dubini i uspoređeni s temperaturom, salinitetom i kisikom. Utvrđen je izrazit utjecaj fizičkih i kemijskih faktora na mikrobiološki sastav jezera.

Ispitano je adsorpcijsko ponašanje sumpornih spojeva na elektrodama elektrokemijskim metodama. Neočekivano prisustvo tragova sulfida i u oksičnim uvjetima može se povezati sa stvaranjem nanočestica metalnih sulfida. Naša istraživanja interakcija bakra sa tiolima i sulfidima prisutnim u morskoj vodi pokazala su da se elektrokemijske metode mogu uspješno primijeniti za otkrivanje i istraživanje nanočestica u prirodi.

Projekt je uključen u međunarodnu suradnju te se komplementarna istraživanja obavljaju u suradnji s Universitetet i Tromsø, Tromsø, Norveška, Université de Paris, Pariz, Francuska, ALIS projekta s University of Liverpool i University of Leeds, Velika Britanija, Max- Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen, Njemačka te u projektu Hrvatsko-talijanske suradnje u istraživanju pojava prekomjernog cvjetanja mora u sjevernom Jadranu.

Research programme and results:

Organic matter is essential component of natural waters which has a dominant role in many biological, geological and chemical processes in the sea and in the environment. Surface active properties of organic substances are determining their behaviour and enrichment at phase boundaries between water and atmosphere, at particles of sediment and suspended matter and at biological membranes.

In 2005 laboratory and field investigations included a wide range of topics such as:

Characterization of organic matter, determination of surface active and biologicaly active organic substances in the sea, particularly in the North Adriatic, in the Krka River Estuary, in the Rogoznica lake, as well as in the north Norwegian fjords.

Investigations of sea surface microlayer are continued using complex methodological approach. Systematic investigations of organic matter, particularly of surface active substances in atmospheric deposition have been performed in continental (Zagreb) and coastal part (Šibenik) of  Croatia.

Interactions of organic matter with other sea microconstituents, especially with trace metals ( complexing capacity) and sulfur compounds have been studied too.

The accumulation of dissolved and particulate organic matter may play an important role in mucilage formation in the northern Adriatic. Distributions of dissolved (DOC) and particulate (POC) organic carbon were investigated in the period of  intense mucilage formation and it was suggested that POC may have a more important role in the mucilage formation than DOC. DOC/POC ratios were determined in the oligotrophic waters, as well as in the productive waters. Particulate organic carbon predominated over the dissolved inside the mucilage aggregate and reached  values about 100 times higher than in the surrounding waters or in the sea water when the mucilages were absent. This indicates that distributions of organic carbon in the northern Adriatic can be extremely patchy during mucilage events

The role of sulfur species in the formation and stability of mucus aggregates was also studied which contributed to a better knowledge of mucilage phenomena in the Adriatic Sea.

The experimental methods developed in our laboratory were used in comparative investigations of organic matter reactivity in different aquatic environments, such as north Norwegian fjords. The distribution of organic matter (DOC and POC) as well as the distribution of specific compounds like folic acid and surface active substances in north Norwegian fjords have been presented for the first time.

The structure of the adsorbed layer affects processes of exchange of substances at phase boundaries, that is important for the study of transport processes at the natural phase boundaries and between different environmental compartments ( air, water, sediment, biota). In the investigations of sea surface microlayer we applied optical and spectroscopic methods. Original and ex-situ reconstructed microlayers were characterized and visualized by reflection spectroscopy and Brewster angle microscopy (BAM). BAM provides information about the homogeneity of the film, existence and formation of domains, phase transitions and adsorption of material from the aqueous phase to the interface. Fractal analysis applied to the BAM images detected and identified a second order phase transition during reconstructed layer compression and provided information on mechanisms involved in spontaneous formation and structural changes of the sea-surface microlayer sample.

Biogeochemical processes were studied in the anoxic marine ecosystem of the Rogoznica lake.

Our long term investigations of the eutrophication processes in the Rogoznica lake are continued and new knowledge about the processes in anoxic marine systems have been obtained.

Vertical variations of of the microbial components in Rogoznica lake have been studied.  The distribution of autotrophic picoplankton (cyanobacteria), heterotrophic bacteria, pigmented and non-pigmented nanoflagellates, bacterial activity, and their relationships with the vertical gradients of temperature, salinity and oxygen were estimated. It was noted that vertical patterns of the microbial components of the lake food web were strongly influenced by the gradients of physical and chemical factors.

The unexpected presence of sulfide traces in oxic conditions can be connected with the formation of nanoparticles of metal sulphide. Our investigations of copper interaction with thiols and sulfides present in seawater showed that electrochemical methods can be very useful

for studying semiconductor sulfide nanoparticles in nature.

The research programme carried out in the framework of this project is partially included and supported by complementary research in the international cooperation with the University of Tromsø, Tromsø, Norway, University of Paris, France, University of Leeds, Leeds, Great Britain, University of Liverpool, Liverpool, Great Britain, Max-Planck-Institute for biophysical chemistry, Göttingen, Germany and Croatian-Italian cooperation on the study and monitoring of mucilage phenomena in the Adriatic Sea.