摘要
当空气很冷时，海洋表面的水结冰，形成海冰。北冰洋的部分地区全年都被海冰覆盖。通常，雪落在海冰上。尽管寒冷，许多植物和动物可以生活在北冰洋，有些在水里，有些甚至在海冰里。特别是，藻类可以生活在海冰的小气泡中。像其他植物一样，藻类需要能量来生长。这种能量来自食物和阳光。但是阳光是如何照射到这些生活在海冰里的小藻类的呢?来自太阳的光必须穿过大气层、雪，最后穿过海冰本身。在这篇文章中，我们描述了冰藻如何在这种特殊的环境中生存，并解释了是什么影响了多少光到达藻类，使它们生长。
海冰:藻类之家
如果你想象一个冰块，就像夏天冷饮里的冰块一样，你很难相信里面会有生命。但是,海冰它是由冻结的海水形成的冰，确实可以成为小生物的家园。这是怎么可能的，这些生物生活在哪里?海水既含盐又含藻类。当水结冰时，一些盐粒和藻类仍然被困在冰中。盐粒融化了周围的冰，产生了充满盐水的小气泡[1］．这些气泡被称为盐水的口袋．盐水袋的大小可达5毫米，铅笔的直径，在春季和夏季会变得更大。由于藻类小于1毫米，它们可以舒适地生活在盐水袋内(图1)．随着海冰变厚，盐水袋被推向海冰底部。因此，藻类主要生活在海冰的底层(图1)．
- 图1 -左边的面板显示了一个水平翻转的海冰块的图片。
- 在底部可以看到一层棕色的藻类。中间的面板显示了由静脉连接的小气泡，它们组成了藻类生活的盐水袋。右边的面板显示了一个充满藻类的口袋，它们产生了一种绿棕色。
海藻的房子有多大?
饮料中的冰块相对较小;你可以很容易地拿在手里。但是海冰有多大呢?海冰覆盖了北冰洋的大部分地区。它在秋天开始形成，这时空气变得越来越冷，在冬末(2月至3月)达到最大程度。在晚春，当太阳使大气和冰的表面变暖，导致冰融化时，海冰的范围又开始减少。我们可以把海冰想象成覆盖在北冰洋上的大毯子。这条毯子在寒冷时变大，在温暖时又会收缩。海冰也在冬天变厚，夏天又变薄。有时冰会起皱，也会碎成不同大小的碎片，从直径只有几米的小碎片到几公里长的大碎片。 In winter the ice is the thickest, the blanket is the largest, and the most wrinkles are present.
冬季海冰的范围可达1400万公里2它的面积相当于20亿个足球场，厚度很容易达到2米，相当于一个篮球运动员的身高。当冰发生褶皱时，会在水面上形成3到4米高的褶皱，并向下延伸到水中10到15米。而且，在冬天，雪会堆积在海冰上。雪通常有20-30厘米厚。如果你把北极海冰想象成一个藻类居住的房子，藻类会生活在海冰底部的地下室，通常被雪“屋顶”覆盖。
海藻需要吃，也需要被吃
当然，有房子并不是藻类生存所需要的全部;他们也需要食物。藻类是植物，所以它们需要阳光和碳才能生长光合作用［2，以创造生长所需的能量。碳通常包含在海水中，所以每个盐水口袋都有一些碳可以被藻类利用。那阳光呢?在北极的夏天，白天变得很长，大约有2个月没有夜晚。另一方面，在冬天，夜晚很长，根本没有光。因此，藻类只能在有阳光的夏天生长，而在黑暗的冬天就会死亡。死藻类被分解，它们的营养物质被循环利用，就像生长在陆地上的植物一样。藻类很重要，因为它们是动物的食物。和陆地上一样，海洋里居住着以植物为食的小动物。这些动物类似于虾或昆虫，但非常小。 The animals that eat plants are then eaten by bigger animals, like fish. Fish are eaten by birds and seals, which are then eaten by the biggest predator in the Arctic: the polar bear. Thus, sea-ice algae are important in the Polar regions because they are the first link in the Arctic marine food chain.
从太阳到地球的一段很长的路
我们每天在地球上接收到的光来自太阳，我们自己的恒星。这种光以射线的形式永久地由太阳发出，必须经过很长的旅程才能穿过太阳系到达地球。太阳光线到达地球后，还需要穿过大气层，才能为我们提供能量，使我们暖和起来。大气层是环绕地球表面的一层巨大的空气，它允许我们呼吸。它是由许多微小的分子不同气体的。当太阳光穿过大气层时，有些光线会被气体分子和形成云的小水滴反射回太空。图2)．其他射线被粒子吸收。因此，只有一半多一点的太阳光(约55%)能到达地球表面[3.］．
- 图2 -光从太阳到海冰藻类有一个漫长而艰难的旅程。
- 黄色箭头代表阳光。箭头的宽度代表光的量:箭头越薄，可用的阳光就越少。一些太阳光线被雪层反射回大气层，另一些光线被冰雪吸收。到达藻类的光量与最初到达雪的光量相比是非常小的。
阳光穿过海冰的艰难旅程
我们了解到藻类生活在可以被雪覆盖的海冰底部。我们还了解到，作为植物，藻类需要阳光才能生长。但阳光是如何穿过厚厚的冰雪最终到达小藻类，为它们提供能量的呢?这层雪是由大量的雪花堆积在一起形成的。大部分照射到雪上的阳光会被反射回大气层，因为雪几乎就像一面镜子。这就是为什么当阳光普照时，总是很难看到明亮的雪。就像在大气中一样，一些阳光被雪花吸收，使雪变暖并促使其融化。然而，阳光穿过雪比穿过大气要困难得多，因为雪花比大气中的微小气体分子更密集。然而，一些射线找到了它们的出路。那些穿过雪层的阳光会遇到下面的海冰。 Sea ice is ten times easier for the sun rays to cross than the snow is, since the ice is usually clearer than snow, with fewer particles and no snowflakes. But the sea ice is usually thicker than the snow, which again makes it harder for the sunlight to reach the algae’s living place. Eventually, some of the sun’s rays reach the bubbles where the algae live, making it possible for the algae to enjoy a bit of sunlight. But that is not the end! Once the sun’s rays have filled the algae with energy, some leftover rays continue their journey deeper into the ocean water, giving their energy to other plants and animals until all the light rays are used up (图2)．
藻类的未来会怎样?
我们作为人类所做的许多活动导致了污染，导致了大气的加热气候变化或气候变暖．气候变暖今天已经可以测量，并且将在未来很长一段时间内持续。对我们来说，重要的是要了解这种变暖对包括北极在内的地球不同地区意味着什么。事实证明，北极变暖的速度比地球上其他地方快，导致积雪减少，海冰变薄。因此，阳光更容易穿过冰层到达藻类。对于藻类来说，这意味着未来很可能会有更多的光照，从而有更多的能量用于生长。但是，来自世界各地的科学家已经计算出，在未来的某个时候，海冰很可能会在每年夏天完全消失。如果每年夏天海冰消失，海冰藻类就没有住所了。这意味着气候变化对海冰藻类是一个巨大威胁。
北极研究试图了解气候变化对北极、大气、海冰、海洋、植物和动物以及人类的影响。我们的重点是海冰藻类和它们生活的地方，也就是北冰洋的海冰覆盖。我们告诉很多人我们的工作和我们对北极变化的发现，这样人们，包括政治家，就可以更好地了解现在正在发生什么，以及将来可能会发生什么。这些知识将帮助我们为地球的未来做出正确的决定。
术语表
海冰：↑冰冻的海水。
盐水的口袋：↑海冰内的咸水小气泡。
光合作用：↑植物利用阳光产生食物和能量的过程。
分子：↑微粒:构成固体、液体或气体物质的非常小的粒子
气候变化/气候变暖：↑人类活动引起的全球气温升高和气候变化。
利益冲突
FK和MK受雇于海洋大气系统公司。
其余作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
参考文献
[1]↑格莱斯默，M. 2019。海中的冰是如何形成的?前面。年轻人7:79。doi: 10.3389 / frym.2019.00079
[２]↑高希，T.和米什拉，S. 2017。海洋中的光合作用是如何发生的?前面。年轻人5:34。doi: 10.3389 / frym.2017.00034
[3]↑Fondriest Environmental, Inc.， 2014。太阳辐射与光合活性辐射。《环境测量基础》网上订购地址:https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/weather/solar-radiation/