冰凍圈化學(xué)是一門新興學(xué)科,是冰凍圈科學(xué)的重要分支。自工業(yè)革命以來,人類活動(dòng)排放的污染物深刻影響了冰凍圈的化學(xué)成分,而全球變暖導(dǎo)致的冰凍圈快速退縮,也影響到冰凍圈乃至全球的生物地球化學(xué)循環(huán),并產(chǎn)生了顯著的氣候和環(huán)境效應(yīng)。文章介紹了冰凍圈化學(xué)在冰凍圈科學(xué)體系中的定位,構(gòu)建了冰凍圈化學(xué)的學(xué)科框架;通過舉例闡明冰凍圈化學(xué)與氣候和環(huán)境變化及人類活動(dòng)的聯(lián)系,特別是冰凍圈化學(xué)在全球變化研究中的作用;對(duì)當(dāng)今冰凍圈化學(xué)相關(guān)研究熱點(diǎn)進(jìn)行了回顧和展望。冰凍圈化學(xué)研究的不斷深入,將為應(yīng)對(duì)人類所面臨的氣候和環(huán)境問題提供重要科技支撐。 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院院刊. 2020,35(04)北大核心CSSCICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

冰凍圈化學(xué)學(xué)科架構(gòu)

北半球多年凍土區(qū)有機(jī)碳儲(chǔ)量為1 400—1 850 Pg C，約占全球土壤碳庫(kù)的50%，是大氣碳儲(chǔ)量的2倍多[22]。全球快速升溫正在加劇多年凍土退化，導(dǎo)致原本凍結(jié)封存的有機(jī)碳融化分解，將大量溫室氣體（如CO2和CH4）釋放到大氣中，而大氣中增加的溫室氣體進(jìn)一步加速全球變暖。因此，多年凍土退化對(duì)氣候變化具有強(qiáng)烈的正反饋效應(yīng)[23]（圖3）。然而，多年凍土的碳源和碳匯效應(yīng)在不同區(qū)域表現(xiàn)出了巨大的差異，對(duì)未來的評(píng)估存在較大偏差。具體而言，氣候變暖引起土壤碳，特別是深層土壤碳釋放量的評(píng)估差異很大[23]。北極地區(qū)多年凍土退化后，還有可能形成熱融湖塘而增加CH4排放，而這種地表改變引起的溫室氣體氣候效應(yīng)機(jī)理仍不清楚[24]。此外，盡管全球變暖增加了局部地區(qū)土壤碳的釋放，但變暖又促進(jìn)了植被生長(zhǎng)，從而吸收更多的碳[25]。因此，對(duì)上述過程認(rèn)識(shí)的不足導(dǎo)致人們對(duì)未來碳循環(huán)和氣候變化的評(píng)估存在很大的不確定性。多年凍土區(qū)碳的生物地球化學(xué)循環(huán)過程是發(fā)展和改進(jìn)地球系統(tǒng)模式中的重要內(nèi)容之一。目前，幾乎所有地球系統(tǒng)模式研究主要關(guān)注多年凍土緩慢升溫過程，在富冰多年凍土區(qū)，多年凍土退化會(huì)導(dǎo)致地表快速崩塌，形成熱喀斯特[13]，但是，這些過程比較復(fù)雜而未被充分研究，因此沒有被納入到耦合模型中，導(dǎo)致碳循環(huán)的評(píng)估具有很大不確定性。氣候變暖導(dǎo)致多年凍土崩塌的速度加快，使得生態(tài)系統(tǒng)從凈碳吸收轉(zhuǎn)變?yōu)閮籼坚尫�，而植被的重新生長(zhǎng)也能部分抵消碳釋放[26]。另外，溶解性有機(jī)碳隨著徑流發(fā)生跨區(qū)域輸移，并改變其生物可利用性；其釋放通量對(duì)多年凍土退化的響應(yīng)也是評(píng)估多年凍土碳反饋潛力的不確定因素之一[27]。

除了陸地多年凍土，海底多年凍土對(duì)氣候變化也有重要影響。然而，由于目前對(duì)海底多年凍土分布、CH4水合物存儲(chǔ)及滲透過程[28]、沉積物有機(jī)碳儲(chǔ)量及分解的生物地球化學(xué)機(jī)制不清楚，研究人員難以系統(tǒng)評(píng)估海底多年凍土碳庫(kù)的氣候效應(yīng)。因此，在氣候變暖背景下要準(zhǔn)確評(píng)估多年凍土退化對(duì)氣候變化的反饋，亟待解決的科學(xué)問題是：明確陸地和海底多年凍土退化過程中碳分解和穩(wěn)定的化學(xué)機(jī)制，厘清多年凍土緩慢升溫和快速崩塌過程中溫室氣體釋放速率、方式及其與植被碳吸收之間的平衡關(guān)系。4.2 冰凍圈退縮的環(huán)境效應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全球山地冰凍圈變化、影響與適應(yīng)[J]. 康世昌,郭萬欽,鐘歆玥,許民.  氣候變化研究進(jìn)展. 2020(02)
[2]Linking atmospheric pollution to cryospheric change in the Third Pole region: current progress and future prospects[J]. Shichang Kang,Qianggong Zhang,Yun Qian,Zhenming Ji,Chaoliu Li,Zhiyuan Cong,Yulan Zhang,Junming Guo,Wentao Du,Jie Huang,Qinglong You,Arnico K.Panday,Maheswar Rupakheti,Deliang Chen,?rjan Gustafsson,Mark H.Thiemens,Dahe Qin.  National Science Review. 2019(04)
[3]Cryospheric Science: research framework and disciplinary system[J]. Dahe Qin,Yongjian Ding,Cunde Xiao,Shichang Kang,Jianwen Ren,Jianping Yang,Shiqiang Zhang.  National Science Review. 2018(02)



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