Control of Biological Exposure to UV Radiation in the Arctic Ocean: Comparison of the Roles of Ozone and Riverine Dissolved Organic Matter

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Gibson, John A.E., Vincent, Warwick F., Nieke, Barbara, Pienitz, Reinhard
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2000
• Subjects: Arctic; CDOM; DNA; global change; ozone depletion; phytoplankton; Siberia; transparency; ultraviolet radiation; Arctique; matière organique dissoute chromophore; ADN; changement à l’échelle planétaire; phytoplancton; Sibérie; transparence; rayonnement ultraviolet; Arctic Ocean; Arctic Basin; Arctique*; Barrow; Climate change; Phytoplankton; Pôle Nord; Alaska
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63925

Reports of severe stratospheric ozone depletion over the Arctic have heightened concern about the potential impact of rising ultraviolet-B (UV-B) radiation on north polar aquatic ecosystems. Our optical measurements and modelling results indicate that the ozone-related UV-B influence on food web processes in the Arctic Ocean is likely to be small relative to the effects caused by variation in the concentrations of natural UV-absorbing compounds, known as chromophoric dissolved organic matter (CDOM), that enter the Arctic basin via its large river inflows. The aim of our present study was to develop and apply a simple bio-optical index that takes into account the combined effects of attenuation by atmospheric ozone and water column CDOM, and photobiological weighting for high-latitude environments such as the Arctic Ocean. To this end, we computed values for a biologically effective UV dose rate parameter ("weighted transparency" or T*) based on underwater UV measurements in high-latitude lakes and rivers that discharge into the Arctic Ocean; measured incident UV radiation at Barrow, Alaska; and published biological weighting curves for UV-induced DNA damage and UV photoinhibition of photosynthesis. The results underscore how strongly the Arctic Ocean is influenced by riverine inputs: shifts in CDOM loading (e.g., through climate change, land-use practices, or changes in ocean circulation) can cause variations in biological UV exposure of much greater magnitude than ozone-related effects. Des rapports concernant un appauvrissement sérieux de l'ozone stratosphérique au-dessus de l'Arctique ont accru les préoccupations au sujet de l'impact potentiel d'un plus fort rayonnement ultraviolet-B (UV-B) sur les écosystèmes aquatiques du pôle Nord. Nos mesures optiques et nos résultats de modélisation indiquent que l'influence de l'UV-B relié à la couche d'ozone sur les processus du réseau trophique dans l'océan Arctique est probablement faible en comparaison avec les effets dus à la variation dans les concentrations des composés absorbants naturels de l'UV, connus sous le nom de matière organique dissoute chromophore, qui entrent dans le bassin Arctique par le biais de l'eau amenée par les cours d'eau majeurs. Le but de la présente étude était de développer et d'appliquer un index bio-optique simple qui tient compte des effets combinés de l'atténuation due à l'ozone atmosphérique et à la matière organique dissoute chromophore dans la colonne d'eau, et de la pondération photobiologique pour les écosystèmes des hautes latitudes comme l'océan Arctique. À cette fin, nous avons calculé les valeurs pour un paramètre de débit de dose UV qui ait une action biologique («transparence pondérée» ou T*) fondée sur des mesures sous l'eau du rayonnement UV dans des lacs et cours d'eau de hautes latitudes qui se déversent dans l'océan Arctique; sur des mesures du rayonnement UV incident à Barrow, en Alaska; et sur des courbes de pondération biologique élaborées pour le dommage à l'ADN provoqué par le rayonnement UV et la photoinhibition UV de la photosynthèse. Les résultats font ressortir l'importance de l'influence sur l'océan Arctique des apports fluviaux: des modifications dans la charge de matière organique dissoute chromophore (p. ex., dues au changement climatique, aux pratiques d'utilisation des terres ou aux changements dans la circulation océanique) peuvent causer des variations dans l'exposition biologique aux UV, qui sont d'une importance beaucoup plus grande que les répercussions reliées à l'ozone.