冰冻圈化学：解密气候环境和人类活动的指纹
发布时间：2022-02-14 14:39
冰冻圈化学是一门新兴学科,是冰冻圈科学的重要分支。自工业革命以来,人类活动排放的污染物深刻影响了冰冻圈的化学成分,而全球变暖导致的冰冻圈快速退缩,也影响到冰冻圈乃至全球的生物地球化学循环,并产生了显著的气候和环境效应。文章介绍了冰冻圈化学在冰冻圈科学体系中的定位,构建了冰冻圈化学的学科框架;通过举例阐明冰冻圈化学与气候和环境变化及人类活动的联系,特别是冰冻圈化学在全球变化研究中的作用;对当今冰冻圈化学相关研究热点进行了回顾和展望。冰冻圈化学研究的不断深入,将为应对人类所面临的气候和环境问题提供重要科技支撑。
【文章来源】：中国科学院院刊. 2020,35(04)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
冰冻圈化学学科架构
北半球多年冻土区有机碳储量为1 400—1 850 Pg C，约占全球土壤碳库的50%，是大气碳储量的2倍多[22]。全球快速升温正在加剧多年冻土退化，导致原本冻结封存的有机碳融化分解，将大量温室气体（如CO2和CH4）释放到大气中，而大气中增加的温室气体进一步加速全球变暖。因此，多年冻土退化对气候变化具有强烈的正反馈效应[23]（图3）。然而，多年冻土的碳源和碳汇效应在不同区域表现出了巨大的差异，对未来的评估存在较大偏差。具体而言，气候变暖引起土壤碳，特别是深层土壤碳释放量的评估差异很大[23]。北极地区多年冻土退化后，还有可能形成热融湖塘而增加CH4排放，而这种地表改变引起的温室气体气候效应机理仍不清楚[24]。此外，尽管全球变暖增加了局部地区土壤碳的释放，但变暖又促进了植被生长，从而吸收更多的碳[25]。因此，对上述过程认识的不足导致人们对未来碳循环和气候变化的评估存在很大的不确定性。多年冻土区碳的生物地球化学循环过程是发展和改进地球系统模式中的重要内容之一。目前，几乎所有地球系统模式研究主要关注多年冻土缓慢升温过程，在富冰多年冻土区，多年冻土退化会导致地表快速崩塌，形成热喀斯特[13]，但是，这些过程比较复杂而未被充分研究，因此没有被纳入到耦合模型中，导致碳循环的评估具有很大不确定性。气候变暖导致多年冻土崩塌的速度加快，使得生态系统从净碳吸收转变为净碳释放，而植被的重新生长也能部分抵消碳释放[26]。另外，溶解性有机碳随着径流发生跨区域输移，并改变其生物可利用性；其释放通量对多年冻土退化的响应也是评估多年冻土碳反馈潜力的不确定因素之一[27]。
除了陆地多年冻土，海底多年冻土对气候变化也有重要影响。然而，由于目前对海底多年冻土分布、CH4水合物存储及渗透过程[28]、沉积物有机碳储量及分解的生物地球化学机制不清楚，研究人员难以系统评估海底多年冻土碳库的气候效应。因此，在气候变暖背景下要准确评估多年冻土退化对气候变化的反馈，亟待解决的科学问题是：明确陆地和海底多年冻土退化过程中碳分解和稳定的化学机制，厘清多年冻土缓慢升温和快速崩塌过程中温室气体释放速率、方式及其与植被碳吸收之间的平衡关系。4.2 冰冻圈退缩的环境效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球山地冰冻圈变化、影响与适应[J]. 康世昌,郭万钦,钟歆玥,许民. 气候变化研究进展. 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)
本文编号：3624745
【文章来源】：中国科学院院刊. 2020,35(04)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
冰冻圈化学学科架构
北半球多年冻土区有机碳储量为1 400—1 850 Pg C，约占全球土壤碳库的50%，是大气碳储量的2倍多[22]。全球快速升温正在加剧多年冻土退化，导致原本冻结封存的有机碳融化分解，将大量温室气体（如CO2和CH4）释放到大气中，而大气中增加的温室气体进一步加速全球变暖。因此，多年冻土退化对气候变化具有强烈的正反馈效应[23]（图3）。然而，多年冻土的碳源和碳汇效应在不同区域表现出了巨大的差异，对未来的评估存在较大偏差。具体而言，气候变暖引起土壤碳，特别是深层土壤碳释放量的评估差异很大[23]。北极地区多年冻土退化后，还有可能形成热融湖塘而增加CH4排放，而这种地表改变引起的温室气体气候效应机理仍不清楚[24]。此外，尽管全球变暖增加了局部地区土壤碳的释放，但变暖又促进了植被生长，从而吸收更多的碳[25]。因此，对上述过程认识的不足导致人们对未来碳循环和气候变化的评估存在很大的不确定性。多年冻土区碳的生物地球化学循环过程是发展和改进地球系统模式中的重要内容之一。目前，几乎所有地球系统模式研究主要关注多年冻土缓慢升温过程，在富冰多年冻土区，多年冻土退化会导致地表快速崩塌，形成热喀斯特[13]，但是，这些过程比较复杂而未被充分研究，因此没有被纳入到耦合模型中，导致碳循环的评估具有很大不确定性。气候变暖导致多年冻土崩塌的速度加快，使得生态系统从净碳吸收转变为净碳释放，而植被的重新生长也能部分抵消碳释放[26]。另外，溶解性有机碳随着径流发生跨区域输移，并改变其生物可利用性；其释放通量对多年冻土退化的响应也是评估多年冻土碳反馈潜力的不确定因素之一[27]。
除了陆地多年冻土，海底多年冻土对气候变化也有重要影响。然而，由于目前对海底多年冻土分布、CH4水合物存储及渗透过程[28]、沉积物有机碳储量及分解的生物地球化学机制不清楚，研究人员难以系统评估海底多年冻土碳库的气候效应。因此，在气候变暖背景下要准确评估多年冻土退化对气候变化的反馈，亟待解决的科学问题是：明确陆地和海底多年冻土退化过程中碳分解和稳定的化学机制，厘清多年冻土缓慢升温和快速崩塌过程中温室气体释放速率、方式及其与植被碳吸收之间的平衡关系。4.2 冰冻圈退缩的环境效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球山地冰冻圈变化、影响与适应[J]. 康世昌,郭万钦,钟歆玥,许民. 气候变化研究进展. 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)
本文编号：3624745
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