Chlorophyllsensoren sind optische Messgeräte, die zur Überwachung von Chlorophyll, insbesondere von Chlorophyll-a, als Indikator für die Phytoplankton-Biomasse in aquatischen Lebensräumen eingesetzt werden. Zu den Technologien zählen einkanalige und multispektrale Fluorometer, Geräte zur Messung variabler Fluoreszenz sowie spektral- oder absorptionsbasierte Sensoren für die Profilierung, die Überwachung der Wasserqualität, die Erkennung von Algenblüten und die biogeochemische Forschung.
Auf dieser Seite werden Anbieter von Chlorophyllsensoren vorgestellt, die für den Einsatz an Bojen, Verankerungen, Profiling-Floats, Glidern, Sonden, AUVs und USVs vorgesehen sind.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Hochpräzise Sensoren, Multiparameter-CTDs und integrierte Systeme für die marine Umweltforschung und -überwachung
Baken und telemetrische Ortungsgeräte für marine und Offshore-Anwendungen
Hochpräzise ozeanografische Sensoren und hydrografische Messlösungen für Meeres- und Unterwasserplattformen
Fortschrittliche Lösungen für die Wasserqualitätsüberwachung und Umweltsensorik
Modulare hydrografische und ozeanografische Messgeräte für Vermessung, Forschung und autonome Meeresoperationen
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SVPplus Chlorophyll a von Teledyne Valeport
Chlorophyllsensoren sind optische Messgeräte, die zum Nachweis und zur Überwachung von Chlorophyll in aquatischen Lebensräumen eingesetzt werden, insbesondere von Chlorophyll-a, dem primären Photosynthese-Pigment, das üblicherweise als Indikator für die Phytoplankton-Biomasse dient. Die meisten In-situ-Messgeräte messen die Chlorophyllfluoreszenz und nutzen das daraus resultierende optische Signal als Näherungswert für die Konzentration. Dies ermöglicht schnelle und kontinuierliche Beobachtungen über die gesamte Wassersäule hinweg als optisch abgeleitete Schätzung und nicht als direkte Messung des extrahierten Pigments.
In-situ-Chlorophyllmessungen bieten eine größere räumliche und zeitliche Abdeckung als extrahierte Laboranalysen allein, obwohl diskrete Proben für die Kalibrierung und Validierung weiterhin wichtig sind. Die Chlorophyllkonzentration sollte zudem von der Physiologie des Phytoplanktons unterschieden werden, da die Fluoreszenz neben der Pigmentmenge auch von der Artenzusammensetzung, der Lichteinstrahlung, den Nährstoffbedingungen, dem photosynthetischen Zustand und der nicht-photochemischen Löschung abhängen kann.
Einkanal-Fluorometer nutzen eine definierte Anregungswellenlänge oder ein definiertes Wellenlängenband, um die Chlorophyllfluoreszenz anzuregen und die daraus resultierende Emission bei längeren Wellenlängen zu erfassen. Aufgrund ihrer relativ einfachen optischen Architektur eignen sie sich für routinemäßige Profilmessungen, feste Messstationen, Multiparameter-Sonden und autonome Meeresplattformen. Ein einkanaliger Chlorophyll-a-Sensor wird in der Regel dann gewählt, wenn die kontinuierliche Schätzung der Chlorophyllkonzentration im Vordergrund steht und nicht die detaillierte Charakterisierung der Pigmentzusammensetzung oder der photosynthetischen Physiologie. Eine lokale Kalibrierung verbessert die quantitativen Schätzungen.
Mehrwellenlängen- und multispektrale Fluorometer untersuchen die Probe unter Verwendung von mehr als einem optischen Band. Unterschiede in den Anregungs- und Fluoreszenzeigenschaften photosynthetischer Pigmente können zusätzliche Informationen über die Zusammensetzung des Phytoplanktons liefern und eine grobe Unterscheidung zwischen Gruppen mit unterschiedlichen akzessorischen Pigmenten ermöglichen, obwohl dies keine direkte taxonomische Identifizierung ermöglicht. Die Interpretation hängt weiterhin von der Artenzusammensetzung, dem physiologischen Zustand, optischen Interferenzen und der Kalibrierung ab, sodass multispektrale Messungen oft am nützlichsten sind, wenn sie mit unabhängigen biologischen oder chemischen Beobachtungen kombiniert werden.
Variable Fluoreszenzsensoren messen Veränderungen der Fluoreszenz, wenn das Photosystem II auf kontrollierte Anregung reagiert. Die Fast Repetition Rate Fluorometry (FRRF) wendet schnelle Sequenzen von Lichtimpulsen an, um photosynthetische Reaktionen über sehr kurze Zeitspannen zu charakterisieren. FRRF-Geräte fungieren nicht lediglich als Chlorophyll-Detektoren, sondern können Parameter ableiten, die mit der photochemischen Effizienz und dem Elektronentransport zusammenhängen, was sie für Untersuchungen zur Physiologie, photosynthetischen Leistung und Produktivität von Phytoplankton nützlich macht.
Spektrale und absorptionsbasierte Sensoren charakterisieren, wie Phytoplanktonpigmente das Licht über ausgewählte Wellenlängen hinweg beeinflussen, anstatt sich ausschließlich auf die emittierte Fluoreszenz zu stützen. Diese Techniken können umfassendere Informationen über die Pigmentabsorption und die inhärenten optischen Eigenschaften liefern. Die Messungen können dennoch durch Schwebeteilchen, farbige gelöste organische Substanzen (CDOM), die optische Weglänge, Streuung und die Gerätekonfiguration beeinflusst werden; daher hängt die am besten geeignete Technologie vom gewünschten Datenprodukt und der Einsatzumgebung ab.
Chlorophyllmessungen in Meeresumgebungen helfen Forschern dabei, die Verteilung des Phytoplanktons horizontal und entlang der Wassersäule zu kartieren. Hochauflösende Profile können Strukturen wie Chlorophyll-Maxima unterhalb der Oberfläche identifizieren, die bei reinen Oberflächenbeobachtungen nicht erkennbar sind. Chlorophyll allein ist kein direkter Maßstab für die Primärproduktivität. In Kombination mit Daten zu Sonneneinstrahlung, Nährstoffen, Sauerstoff und hydrografischen Parametern können Chlorophyllmessungen Untersuchungen zu den Umweltfaktoren unterstützen, die die Biomasse und Produktivität des Phytoplanktons steuern.
Kontinuierliche Chlorophyllmessungen können rasche Zu- oder Abnahmen der Phytoplanktonhäufigkeit erkennen und die Erkennung, Verfolgung sowie Charakterisierung von Algenblüten unterstützen. Ein erhöhter Chlorophyllgehalt allein reicht nicht aus, um festzustellen, ob eine Blüte schädlich ist, oder um die beteiligten Organismen zu identifizieren. Ein HAB-Überwachungssystem kann daher die Chlorophyllmessung mit pigmentspezifischer Fluoreszenz, Mikroskopie, molekularer Analyse, Toxinmessungen oder anderen biologischen Techniken kombinieren.
Die Chlorophyllkonzentration im Meer ist ein wichtiger biologischer Parameter bei der Überwachung der Wasserqualität in Küsten- und Mündungsgebieten, da eine Nährstoffanreicherung das Wachstum von Phytoplankton anregen kann. Fest installierte Sensoren, Bojen, Profiler und mobile Plattformen können saisonale Muster sowie kurzfristige Veränderungen in der Nähe von Flussmündungen, Auftriebszonen, Aquakulturgebieten und anderen dynamischen Umgebungen erfassen. Kontinuierliche Messungen sind besonders wertvoll, wenn sich die biologischen Bedingungen schneller ändern, als dies mit herkömmlichen Probenahmeplänen erfasst werden kann.
Chlorophyll-A- und -B-Sensor mit roter Anregung von AML Oceanographic
Die Primärproduktion des Phytoplanktons beeinflusst marine Nahrungsnetze sowie die Umwandlung und den Transport von Kohlenstoff im Ozean. Chlorophyllbeobachtungen liefern den biologischen Kontext für Messungen von gelöstem Sauerstoff, Nährstoffen, Partikeln, Sonneneinstrahlung und der Chemie anorganischen Kohlenstoffs. Integrierte Datensätze helfen Forschern dabei, zu untersuchen, wie Zirkulation, Vermischung, Nährstoffzufuhr, Lichtverfügbarkeit und andere Umweltbedingungen Phytoplanktongemeinschaften und marine biogeochemische Prozesse beeinflussen.
In-situ-Messungen stellen eine wichtige Verbindung zwischen biologischen Beobachtungen unter der Meeresoberfläche und aus der Satellitenfernerkundung abgeleiteten Ozeanfarbenprodukten dar. Schwimmer, Gleiter, Verankerungen, Schiffe und feste Beobachtungsstationen können tiefenaufgelöste Daten zum Chlorophyllgehalt im Ozean erfassen, die die auf die Oberfläche fokussierten Satellitenmessungen ergänzen. Die Kombination dieser Quellen unterstützt die Analyse saisonaler Schwankungen, von Veränderungen im Ökosystem, der regionalen Produktivität sowie globaler Chlorophyllmuster im Ozean über längere Zeiträume hinweg.
Chlorophyllsonden und -sensoren lassen sich je nach erforderlichem Tiefenbereich, räumlicher Abdeckung, Betriebsdauer und Abtastfrequenz in eine Vielzahl von ozeanografischen Plattformen integrieren.
Bei der Plattformintegration sollten zudem die Tauchtiefe der Sensoren, der Energiebedarf, die Abtastrate, die optische Geometrie, das Risiko von Biofouling, die Datenschnittstellen sowie der Zugang für Wartungs- oder Kalibrierungsarbeiten berücksichtigt werden.
Referenzmethoden und dokumentierte Qualitätskontrollverfahren helfen Forschern dabei, Sensormessungen zu validieren und die Vergleichbarkeit zwischen Instrumenten, Plattformen und Überwachungsprogrammen zu verbessern.
Das geeignete Referenzverfahren sollte auf die Sensortechnologie, die Einsatzbedingungen, die erforderliche Datenqualität und den beabsichtigten wissenschaftlichen Zweck der Messungen abgestimmt sein.
Fortschritte in der optischen Messtechnik erweitern das Spektrum der aus Chlorophyllmessungen gewinnbaren biologischen Informationen und verbessern gleichzeitig deren Eignung für die autonome und langzeitige Meeresbeobachtung.
Diese Entwicklungen erweitern die Chlorophyllmessung über die routinemäßige Schätzung der Chlorophyllkonzentration im Ozean hinaus hin zu einer stärker integrierten Beobachtung der Abundanz, Zusammensetzung, Physiologie und ökologischen Variabilität des Phytoplanktons.
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