Spectroscopy and photochemistry of hydrogen peroxide and its complexes in solid rare gases

Pdf

Studying the diurnal and seasonal acclimation of photosystem Ii using chlorophyll-a fluorescence

A small fraction of the energy absorbed in the light reactions of photosynthesis is re-emitted as chlorophyll-a fluorescence. Chlorophyll-a fluorescence and photochemistry compete for excitation energy in photosystem II (PSII). Therefore, changes in the photochemical capacity can be detected through analysis of chlorophyll fluorescence. Chlorophyll fluorescence techniques have been widely used to follow the diurnal (fast), and the seasonal (slow) acclimation in the energy partitioning between photochemical and non-photochemical processes in PSII. Energy partitioning in PSII estimated through chlorophyll fluorescence can be used as a proxy of the plant physiological status, and measured at different spatial and temporal scales. However, a number of technical and theoretical limitations still limit the use of chlorophyll fluorescence data for the study of the acclimation of PSII. The aim of this Thesis was to study the diurnal and seasonal acclimation of PSII in field conditions through the development and testing of new chlorophyll fluorescence-based tools, overcoming these limitations. A new model capable of following the fast acclimation of PSII to rapid fluctuations in light intensity was developed. The model was used to study the rapid acclimation in the electron transport rate under fluctuating light. Additionally, new chlorophyll fluorescence parameters were developed for estimating the seasonal acclimation in the sustained rate constant of thermal energy dissipation and photochemistry. The parameters were used to quantitatively evaluate the effect of light and temperature on the seasonal acclimation of PSII. The results indicated that light environment not only affected the degree but also the kinetics of response of the acclimation to temperature, which was attributed to differences in the structural organization of PSII during seasonal acclimation. Furthermore, zeaxanthin-facilitated thermal dissipation appeared to be the main mechanisms modulating the fraction of absorbed energy being dissipated thermally during winter in field Scots pine. Finally, the integration between diurnal and seasonal acclimation mechanisms was studied using a recently developed instrument MONI-PAM (Walz GmbH, Germany) capable of continuously monitoring the energy partitioning in PSII.

Development of biogenic VOC emission inventories for the boreal forest

Luonnosta haihtuvat orgaaniset yhdisteet, joita pääsee ilmaan etenkin metsistä, voivat vaikuttaa paikalliseen ja alueelliseen ilmanlaatuun, koska ne reagoivat ilmakehässä. Niiden reaktiotuotteet voivat myös osallistua uusien hiukkasten muodostumiseen ja kasvuun, millä voi olla vaikutusta ilmakehän säteilytaseeseen ja tätä kautta myös ilmastoon. Hiukkaset absorboivat ja sirottavat auringon säteilyä ja maapallon lämpösäteilyä minkä lisäksi ne vaikuttavat pilvien säteilyominaisuuksiin, määrään ja elinikään. Koko maapallon mittakaavassa luonnosta tulevat hiilivetypäästöt ylittävät ihmistoiminnan aiheuttamat päästöt moninkertaisesti. Tämän vuoksi luonnon päästöjen arviointi on tärkeää kun halutaan kehittää tehokkaita ilmanlaatu- ja ilmastostrategioita. Tämä tutkimus käsittelee boreaalisen metsän hiilivetypäästöjä. Boreaalinen metsä eli pohjoinen havumetsä on suurin maanpäällinen ekosysteemi, ja se ulottuu lähes yhtenäisenä nauhana koko pohjoisen pallonpuoliskon ympäri. Sille on tyypillistä puulajien suhteellisen pieni kirjo sekä olosuhteiden ja kasvun voimakkaat vuodenaikaisvaihtelut. Työssä on tutkittu Suomen yleisimmän boreaalisen puun eli männyn hiilivetypäästöjen vuodenaikaisvaihtelua sekä päästöjen riippuvuutta lämpötilasta ja valosta. Saatuja tuloksia on käytetty yhdessä muiden boreaalisilla puilla tehtyjen päästömittaustulosten kanssa Suomen metsiä varten kehitetyssä päästömallissa. Malli perustuu lisäksi maankäyttötietoihin, suomen metsille kehitettyyn luokitukseen ja meteorologisiin tietoihin, joiden avulla se laskee metsien hiilivetypäästöt kasvukauden aikana. Suomen metsien päästöt koostuvat koko kasvukauden ajan suurelta osin alfa- ja beta-pineenistä sekä delta-kareenista. Kesällä ja syksyllä päästöissä on myös paljon sabineenia, jota tulee etenkin lehtipuista. Päästöt seuraavat lämpötilan keskimääräistä vaihtelua, ovat suurimmillaan maan eteläosissa ja laskevat tasaisesti pohjoiseen siirryttäessä. Metsän isopreenipäästö on suhteellisen pieni – Suomessa tärkein isopreeniä päästävä puu on vähäpäästöinen kuusi, koska runsaspäästöisten pajun ja haavan osuus metsän lehtimassasta on hyvin pieni. Tässä työssä on myös laskettu ensimmäinen arvio metsän seskviterpeenipäästöistä. Seskviterpeenipäästöt alkavat Juhannuksen jälkeen ja ovat kasvukauden aikana samaa suuruusluokkaa kuin isopreenipäästöt. Vuositasolla Suomen metsien hiilivetypäästöt ovat noin kaksinkertaiset ihmistoiminnasta aiheutuviin päästöihin verrattuna.