中國網/中國發展門戶網訊   自工業革命以來，人類活動日益加劇，給地球環境帶來深刻影響。特別是自?20?世紀中期以來，人口劇增，人類面臨著嚴峻的資源、環境和社會發展等重大問題。20?世紀?80?年代，科學家提出“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，并突出強調地球多圈層相互作用及其環境變化。

在全球變暖背景下，近幾十年來冰凍圈正在經歷快速退縮。冰凍圈快速退縮引起冰凍圈區域的生物地球化學循環發生變化，導致冰凍圈化學成分和化學過程發生改變，對區域乃至全球氣候和環境變化帶來強烈的反饋效應。作為鏈接圈層相互作用的核心紐帶之一，冰凍圈化學能為全球變化各個方面，如人類活動、環境污染、氣候變化、生物地球化學循環等諸多科學研究提供基礎。認識冰凍圈各要素中化學組分特征、時空格局、遷移轉化歸趨過程及其對氣候和環境變化的響應與反饋機制，可為當今人類經濟社會的可持續發展提供重要科技支撐。由此，在冰凍圈科學總體框架之下，與物理學、化學、生物學、大氣科學、生態學、氣候學和環境科學等內容綜合交叉的冰凍圈化學應運而生。

 冰凍圈科學與冰凍圈化學

冰凍圈是指地球表層連續分布且具一定厚度的負溫圈層。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狀水體（如冰晶、冰核、冰雹等）。冰凍圈科學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，冰凍圈與氣候系統其他圈層相互作用，以及冰凍圈變化的影響和適應的新興交叉學科。冰凍圈化學是研究冰凍圈各要素化學組分的時空格局、來源、遷移、轉化、歸趨及其對氣候和環境影響的一門學科；它涉及冰凍圈化學成分的地域特性、源和匯特征、生物地球化學循環過程，以及冰凍圈與其他圈層界面的化學過程等。

冰凍圈是氣候系統中最為敏感的圈層，也是全球變化的放大器。冰凍圈主要分布在極地和高寒區域，受局地人類活動的影響較??；因此，冰凍圈化學作為“指紋信息”，可以反映區域或全球尺度氣候與環境變化的信息，有利于獲得不同氣候和環境因子的演化過程。同時，冰凍圈獨特的物質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循環的重要圈層之一。在全球變暖和人類活動雙重驅動下，冰凍圈生物地球化學循環與各類化學組分正在經歷快速的變化過程，給氣候和環境帶來顯著的反饋效應。

盡管冰凍圈化學是冰凍圈科學體系中的新興研究領域，但隨著冰凍圈化學學科的建設、發展和研究的深入，其必將為冰凍圈科學的發展提供支撐。此外，冰凍圈化學通過揭示多化學指標的生物地球化學循環規律，了解過去全球氣候環境變遷歷史和機理，并預測未來變化和服務人類發展，具有重要的科學意義和應用前景。

 冰凍圈化學學科框架

冰凍圈化學的學科框架如圖?1?所示。冰凍圈化學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、無機和有機化學組分、穩定和放射性同位素、微生物等；研究時間范圍覆蓋小時、天、季節、年、多年等多個不同維度。冰凍圈化學研究內容主要包括?3?個方面。

冰凍圈化學相關的基本物理、化學和生物過程?；疚锢磉^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；化學過程主要包括同位素分餾、光化學作用、氧化還原反應等；生物學過程包括甲基化、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（如化學離子、不溶微粒、元素、黑碳等）和有機成分（如有機質、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循環的影響與效應。研究冰凍圈不同要素的關鍵生物地球化學過程；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循環的氣候和環境效應，為應對未來氣候環境變化提供科技支撐。