Colored dissolved organic matter (CDOM)

Colored dissolved organic matter (CDOM), dt. farbige gelöste organische Stoffe sind die optisch messbare Komponente der gelösten organischen Stoffe (Dissolved Organic Carbon, DOC) im Wasser. CDOM, auch bekannt als chromophores gelöstes organisches Material, gelbe Substanz und Gelbstoff, kommt in der Natur in Gewässern vor und ist ein komplexes Gemisch aus vielen Hunderten bis Tausenden einzelner, einzigartiger organischer Moleküle, die vor allem aus verrottendem Detritus und organischem Material ausgelaugt werden.

CDOM absorbieren am stärksten kurzwelliges Licht von blau bis ultraviolett, während reines Wasser längerwelliges rotes Licht absorbiert. Daher erscheint Wasser mit wenig oder gar keinem CDOM, wie z. B. der offene Ozean, blau. Wasser mit hohem CDOM-Gehalt kann von braun, wie in vielen Flüssen, bis gelb und gelb-braun in Küstengewässern reichen. Im Allgemeinen sind die CDOM-Konzentrationen in Binnengewässern und Flussmündungen viel höher als im offenen Ozean, obwohl die Konzentrationen sehr unterschiedlich sind, ebenso wie der geschätzte Beitrag von CDOM zum Gesamtpool der gelösten organischen Stoffe.

Die Konzentration von CDOM kann sich erheblich auf die biologische Aktivität in aquatischen Systemen auswirken. CDOM schwächt die Lichtintensität, wenn es ins Wasser eindringt. Sehr hohe Konzentrationen von CDOM können die Photosynthese einschränken und das Wachstum des Phytoplanktons hemmen, das die Grundlage der ozeanischen Nahrungsketten bildet und eine Hauptquelle für atmosphärischen Sauerstoff ist. Der Einfluss von CDOM auf die Photosynthese von Algen kann jedoch in anderen aquatischen Systemen wie Seen komplex sein, wo CDOM die Photosyntheseraten bei niedrigen und mäßigen Konzentrationen erhöht, bei hohen Konzentrationen jedoch verringert. CDOM absorbiert auch schädliche UVA/B-Strahlung und schützt so die Organismen vor DNA-Schäden.

Das folgende Echtfarbenbild von Landsat 8 zeigt die Winyah Bay in South Carolina am 1. Oktober 2020. Die Bucht wird von einer Reihe von Schwarzwasserflüssen gespeist, deren dunkle, rötliche Farbtöne auf die Absorptionseigenschaften von CDOM zurückzuführen sind, das von einigen metaphorisch als Tee der Natur bezeichnet wird. CDOM wird auch im offenen Ozean produziert, allerdings in viel geringeren Konzentrationen.

South Carolinas Winyah Bay - Landsat 8-Aufnahme (1.10.2020) Quelle: NASA

CDOM kann vom Weltraum aus mit Hilfe der Satellitenfernerkundung nachgewiesen und gemessen werden und stört häufig den Einsatz von Satellitenspektrometern zur Fernabschätzung der Phytoplanktonpopulationen. Als ein für die Photosynthese notwendiges Pigment ist Chlorophyll ein Schlüsselindikator für den Phytoplanktonbestand. CDOM und Chlorophyll absorbieren allerdings beide Licht im gleichen Spektralbereich, so dass es oft schwierig ist, zwischen den beiden zu unterscheiden.

Obwohl Schwankungen des CDOM in erster Linie das Ergebnis natürlicher Prozesse sind, wie z. B. Veränderungen der Niederschlagsmenge und -häufigkeit, können sich auch menschliche Aktivitäten wie Holzeinschlag, Landwirtschaft, Abwassereinleitung und Entwässerung von Feuchtgebieten auf den CDOM-Gehalt in Süßwasser- und Ästuarsystemen auswirken.