冰凍圈化學是一門新興學科,是冰凍圈科學的重要分支。自工業(yè)革命以來,人類活動排放的污染物深刻影響了冰凍圈的化學成分,而全球變暖導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循環(huán),并產(chǎn)生了顯著的氣候和環(huán)境效應。文章介紹了冰凍圈化學在冰凍圈科學體系中的定位,構(gòu)建了冰凍圈化學的學科框架;通過舉例闡明冰凍圈化學與氣候和環(huán)境變化及人類活動的聯(lián)系,特別是冰凍圈化學在全球變化研究中的作用;對當今冰凍圈化學相關(guān)研究熱點進行了回顧和展望。冰凍圈化學研究的不斷深入,將為應對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】：中國科學院院刊. 2020,35(04)北大核心CSSCICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

冰凍圈化學學科架構(gòu)

北半球多年凍土區(qū)有機碳儲量為1 400—1 850 Pg C，約占全球土壤碳庫的50%，是大氣碳儲量的2倍多[22]。全球快速升溫正在加劇多年凍土退化，導致原本凍結(jié)封存的有機碳融化分解，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一步加速全球變暖。因此，多年凍土退化對氣候變化具有強烈的正反饋效應[23]（圖3）。然而，多年凍土的碳源和碳匯效應在不同區(qū)域表現(xiàn)出了巨大的差異，對未來的評估存在較大偏差。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機理仍不清楚[24]。此外，盡管全球變暖增加了局部地區(qū)土壤碳的釋放，但變暖又促進了植被生長，從而吸收更多的碳[25]。因此，對上述過程認識的不足導致人們對未來碳循環(huán)和氣候變化的評估存在很大的不確定性。多年凍土區(qū)碳的生物地球化學循環(huán)過程是發(fā)展和改進地球系統(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)，多年凍土退化會導致地表快速崩塌，形成熱喀斯特[13]，但是，這些過程比較復雜而未被充分研究，因此沒有被納入到耦合模型中，導致碳循環(huán)的評估具有很大不確定性。氣候變暖導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�，而植被的重新生長也能部分抵消碳釋放[26]。另外，溶解性有機碳隨著徑流發(fā)生跨區(qū)域輸移，并改變其生物可利用性；其釋放通量對多年凍土退化的響應也是評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，海底多年凍土對氣候變化也有重要影響。然而，由于目前對海底多年凍土分布、CH4水合物存儲及滲透過程[28]、沉積物有機碳儲量及分解的生物地球化學機制不清楚，研究人員難以系統(tǒng)評估海底多年凍土碳庫的氣候效應。因此，在氣候變暖背景下要準確評估多年凍土退化對氣候變化的反饋，亟待解決的科學問題是：明確陸地和海底多年凍土退化過程中碳分解和穩(wěn)定的化學機制，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

【參考文獻】：
期刊論文
[1]全球山地冰凍圈變化、影響與適應[J]. 康世昌,郭萬欽,鐘歆玥,許民.  氣候變化研究進展. 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)



本文編號：3624745