中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊   自工業(yè)革命以來，人類活動日益加劇，給地球環(huán)境帶來深刻影響。特別是自?20?世紀(jì)中期以來，人口劇增，人類面臨著嚴(yán)峻的資源、環(huán)境和社會發(fā)展等重大問題。20?世紀(jì)?80?年代，科學(xué)家提出“全球變化”概念，逐步將地球的大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈、冰凍圈和人類圈納入“全球變化”范疇，并突出強調(diào)地球多圈層相互作用及其環(huán)境變化。

在全球變暖背景下，近幾十年來冰凍圈正在經(jīng)歷快速退縮。冰凍圈快速退縮引起冰凍圈區(qū)域的生物地球化學(xué)循環(huán)發(fā)生變化，導(dǎo)致冰凍圈化學(xué)成分和化學(xué)過程發(fā)生改變，對區(qū)域乃至全球氣候和環(huán)境變化帶來強烈的反饋效應(yīng)。作為鏈接圈層相互作用的核心紐帶之一，冰凍圈化學(xué)能為全球變化各個方面，如人類活動、環(huán)境污染、氣候變化、生物地球化學(xué)循環(huán)等諸多科學(xué)研究提供基礎(chǔ)。認(rèn)識冰凍圈各要素中化學(xué)組分特征、時空格局、遷移轉(zhuǎn)化歸趨過程及其對氣候和環(huán)境變化的響應(yīng)與反饋機制，可為當(dāng)今人類經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供重要科技支撐。由此，在冰凍圈科學(xué)總體框架之下，與物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、大氣科學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣候?qū)W和環(huán)境科學(xué)等內(nèi)容綜合交叉的冰凍圈化學(xué)應(yīng)運而生。

 冰凍圈科學(xué)與冰凍圈化學(xué)

冰凍圈是指地球表層連續(xù)分布且具一定厚度的負(fù)溫圈層。冰凍圈的組成要素包括陸地冰凍圈的冰川（含冰蓋）、凍土（包括多年凍土、季節(jié)凍土）、積雪、河冰和湖冰，海洋冰凍圈的冰架、冰山、海冰和海底多年凍土，以及大氣冰凍圈中的凍結(jié)狀水體（如冰晶、冰核、冰雹等）。冰凍圈科學(xué)是研究自然背景條件下，冰凍圈各要素形成和變化的過程與機制，冰凍圈與氣候系統(tǒng)其他圈層相互作用，以及冰凍圈變化的影響和適應(yīng)的新興交叉學(xué)科。冰凍圈化學(xué)是研究冰凍圈各要素化學(xué)組分的時空格局、來源、遷移、轉(zhuǎn)化、歸趨及其對氣候和環(huán)境影響的一門學(xué)科；它涉及冰凍圈化學(xué)成分的地域特性、源和匯特征、生物地球化學(xué)循環(huán)過程，以及冰凍圈與其他圈層界面的化學(xué)過程等。

冰凍圈是氣候系統(tǒng)中最為敏感的圈層，也是全球變化的放大器。冰凍圈主要分布在極地和高寒區(qū)域，受局地人類活動的影響較小；因此，冰凍圈化學(xué)作為“指紋信息”，可以反映區(qū)域或全球尺度氣候與環(huán)境變化的信息，有利于獲得不同氣候和環(huán)境因子的演化過程。同時，冰凍圈獨特的物質(zhì)能量交換和快速的相變過程，對于氣候變暖和人類活動極為敏感，是參與全球生物地球化學(xué)循環(huán)的重要圈層之一。在全球變暖和人類活動雙重驅(qū)動下，冰凍圈生物地球化學(xué)循環(huán)與各類化學(xué)組分正在經(jīng)歷快速的變化過程，給氣候和環(huán)境帶來顯著的反饋效應(yīng)。

盡管冰凍圈化學(xué)是冰凍圈科學(xué)體系中的新興研究領(lǐng)域，但隨著冰凍圈化學(xué)學(xué)科的建設(shè)、發(fā)展和研究的深入，其必將為冰凍圈科學(xué)的發(fā)展提供支撐。此外，冰凍圈化學(xué)通過揭示多化學(xué)指標(biāo)的生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律，了解過去全球氣候環(huán)境變遷歷史和機理，并預(yù)測未來變化和服務(wù)人類發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

 冰凍圈化學(xué)學(xué)科框架

冰凍圈化學(xué)的學(xué)科框架如圖?1?所示。冰凍圈化學(xué)研究空間范圍包括陸地冰凍圈、海洋冰凍圈和大氣冰凍圈；主要研究對象包括冰凍圈中的微量氣體、無機和有機化學(xué)組分、穩(wěn)定和放射性同位素、微生物等；研究時間范圍覆蓋小時、天、季節(jié)、年、多年等多個不同維度。冰凍圈化學(xué)研究內(nèi)容主要包括?3?個方面。

冰凍圈化學(xué)相關(guān)的基本物理、化學(xué)和生物過程。基本物理過程主要包括大氣成分的干濕沉降、清除過程、雪冰離子淋融和脈沖、凍土淋溶作用、海冰排鹽等過程；化學(xué)過程主要包括同位素分餾、光化學(xué)作用、氧化還原反應(yīng)等；生物學(xué)過程包括甲基化、甲烷的微生物過程、硝化與反硝化等。

冰凍圈化學(xué)組分的時空格局及其來源。研究大氣冰凍圈、陸地冰凍圈、海洋冰凍圈中的無機成分（如化學(xué)離子、不溶微粒、元素、黑碳等）和有機成分（如有機質(zhì)、持久性有機污染物等）的時空分布、傳輸和來源等；運用同位素的指紋特征研究化學(xué)成分的自然和人為來源；以及利用雪冰記錄研究人類活動排放污染物的變化歷史等。

冰凍圈生物地球化學(xué)循環(huán)的影響與效應(yīng)。研究冰凍圈不同要素的關(guān)鍵生物地球化學(xué)過程；評估氣候變暖和人類活動加劇雙重影響下，冰凍圈生物地球化學(xué)循環(huán)的氣候和環(huán)境效應(yīng)，為應(yīng)對未來氣候環(huán)境變化提供科技支撐。