摘要
海水在零下2.0°C以下结冰，因此每年有一段时间极地海洋会被冰覆盖。首先，冰晶浮到水面;然后浮冰形成，在海洋表面形成了一个冰冻的景观。这些浮冰随着风和洋流移动，可以形成巨大的冰堆，或者当浮冰分开时暴露出开阔的水域。当海水结冰时，咸盐水被困在遍布冰层的微小通道和口袋中。这个网络是细菌、藻类、小动物、小蠕虫和甲壳类动物等微观冰生物的生活场所。冰藻类在冰的下面生长得最好，动物可以以它们为食。海冰是极地海洋中许多生物生产食物的重要场所，当冰融化时，它也可以支持海底的生命，这些海底可能在数千米以下。
海冰的形成
来自湖泊、河流、鸟浴或水龙头的淡水在0°C结冰。如果在水中加入盐，冰点就会降低。这意味着海水，一般有一个盐度(含盐量)为每升30-35克盐，直到-2.0°C左右才开始冻结。
在秋季的极地地区(北极的8月/ 9月，南极的3月/ 4月)，迅速下降的空气温度将地表水冷却到冰点以下。在海平面以下几百米以下的海洋表层，不断地被风和水的运动混合在一起。当冻结开始时，微小的冰晶开始出现在地表水层中，并漂浮到表面。这就是所谓的开始浮冰:数百年来，这些冰封的国度一直吸引着探险家和冒险家的想象力[1］.
随着越来越多的冰晶积聚在水面上，它们形成了一层薄薄的粥状的稠度。然后，“粥冰”被风吹来吹去，形成覆盖数公里的巨大冰晶2（图1)．在表面上，冰与冷空气接触，晶体冻结在一起形成更坚硬的冰层。当寒冷渗入冰层时，冰层主要从底部生长，并冻结与冰层底部接触的海水。在几周内，冰层可以超过1米厚。
- 图1 -当冰开始形成时，海洋表面会形成大片的油冰。
海水在不断地流动，冰被打碎成大块浮冰它们漂浮在海面上。浮冰的宽度从几米到100多米不等。许多浮冰可以冻结在一起，形成连续的浮冰，可达几公里宽。当冰随着洋流、潮汐和风移动时，这些浮冰又会分解成更小的浮冰。当风和洋流迫使浮冰相互碰撞时，它们会相互堆积，形成巨大的冰堆，称为冰脊(图2 b)．此外，风可以将浮冰分开，暴露出被称为铅的开阔水域。不断移动的冰创造了一个每天甚至每小时都在变化的景观(或冰冻景观)。图2 a, B)．
- 图2 -北极和南极海洋的浮冰环境多变，对生命非常不利。
- (一)寒风凛冽，表面上似乎没有生命。(B)当浮冰碰撞时，大块的冰块被推到空中形成山脊。
海冰内部
生长中的冰晶是纯水，不含任何盐或其他通常溶解在海水中的化合物。因此，当冰晶冻结在一起形成更多的固体冰时，海水中所有溶解的物质都被排出，形成了一种非常咸的液体，叫做冰盐水．这些盐水聚集在一个非常小的通道网络中，叫做盐水渠道，小洞在叫毛孔在不断增长的冰层中。最好的对比是瑞士奶酪或海绵，固体是冰，洞里充满了咸盐水。
随着冰变冷，盐水通道和孔隙的大小变小，其中盐水的盐度增加。浮冰底部的冰将处于海水的冰点(-2°C左右)，浮冰顶部的冰将接近空气温度。由于极地冬季的气温可低至-30°C，在靠近空气的冰顶部和冰底部之间会有一个温度梯度。由于这种梯度，浮冰顶部较冷的冰会有较小的盐水通道和孔隙，其中充满了较高盐度的盐水。
在冰上生活
秋天，当冰晶在水中向上漂浮时，它们在彼此之间捕获颗粒，将颗粒收集到海洋表面形成的冰粥中。漂浮在水中的各种各样的小东西都可以被冰晶捕获。这些可能是微塑料或沉积物，以及细菌、微藻、幼虫和小型甲壳类动物等活的微观生物。基本上，任何粘在冰晶里不能游开的东西都可以从开阔的水域移到冰上。
能够在冰中生存的生物必须能够在冰冻的温度下生存，但它们也必须应对高且不断变化的盐水盐度。最重要的是，它们需要足够小，以避免在小盐水通道中被卡住和冻结。在高于-10°C的温度下，这不是一个问题，但在更低的冰温度下，大约-20°C，冰晶之间的空间非常小，只有最小的细菌有空间[2］.
在靠近海水的浮冰底部，冰层上可能充满了生物。事实上，那里有如此多的生命，有时冰被涂成黄色或浓郁的咖啡色(图3 a, B)．在冰底最常见的生物是微小的藻类。还有许多细菌生活在由冰藻和死亡生物的残骸产生的黏液中。一群海藻叫硅藻是最常见的冰藻(图3 c)．硅藻生长在坚硬的外壳中，外壳看起来像微小的、有华丽图案的盒子，由硅酸盐制成，就像坚硬的玻璃。
- 图3 -(一)丰富的生物堆积把浮冰的底部染成了棕色。
- (B)棕冰样本是用直径10厘米的冰芯采集的。(C)海冰硅藻的显微镜图像，放大约1000倍(图片J. Stefels)。
藻类和植物一样，利用光合作用捕获光能来生长。在浮冰的底部是非常黑暗的，特别是如果它被一层雪覆盖。因此，那些在海冰中生长良好的藻类也擅长在弱光下生长。要做到这一点，它们必须有更多的化学色素来捕获光合作用所需的光。正是大量的这些捕光色素导致了冰的颜色。
为了在低温和高盐度的盐水中生存，藻类必须通过增加或减少细胞内的某些化学物质来调整其内部环境，以平衡外部环境的变化。其中一些化学物质可以调节藻类细胞内的压力，因此它们不会因盐度的差异而收缩或爆炸。其他化学物质也可以作为防冻剂。许多藻类和细菌在冰层中茁壮成长，它们的细胞外面覆盖着一层凝胶状的涂层。这些涂层保护细胞免受冰晶损伤和最剧烈的温度和盐度变化。
海冰藻类可以为许多生物提供食物
冰中大量的藻类和细菌为其他以它们为食的生物提供了丰富的食料。甲壳类桡足类动物是一种类似虾的小生物，它们在较低的“温暖”冰层中大量存在，在那里它们以冰藻类和细菌为食。在冰的寒冷地区，盐水通道更小，身体更灵活的动物，如被称为涡虫的扁平蠕虫，被称为线虫的圆形蠕虫，以及被称为纤毛虫的简单生物，可以大量生活。这些动物可以在高盐度的水中收缩，在低盐度的水中膨胀，这有助于它们通过盐水通道系统。
浮冰的下层通常是大多数生物可以找到的地方(图3一)．这反过来又把更大的生物吸引到冰的下面，在那里它们可以以生长在冰底部悬挂的大冰晶之间的生物为食，就像一片明亮的棕色颠倒的草地，在上面的光下闪闪发光。这类生物种类繁多，包括海蛞蝓(裸鳃纲动物)、较大的甲壳类动物，如磷虾，甚至鱼类。冰是这些大型动物非常重要的食物来源，尤其是在冬天，下面黑暗的水中几乎没有食物。海冰下的小藻类动物反过来又成为更大的动物的食物，如海豹、企鹅和其他海鸟。因此，海冰藻类的生长对浮冰覆盖水域中的大部分生命都非常重要。
在春季和初夏，海冰藻类可以完全覆盖浮冰的底部(图3)．有些品种甚至形成一缕缕和块状，悬挂在冰的下面。如果不吃，这些丰富的食物迟早会从冰面上掉下来，沉入水中。它甚至可以到达海平面以下数千米的深海海底。在海底，它是大型移动动物的食物，如海参和海蛇尾[3.］.
海冰生态系统脆弱
虽然海冰是生物在冬季的重要生存空间，但它只是一个短暂的生存空间。在春季和初夏，随着空气和水温的升高，冰开始融化。这将把所有生活在其中的生物释放回水中，直到明年秋天开始的下一个冻结周期。即使海冰来来去去，秋季和冬季(北极1500万公里)被海冰覆盖的巨大区域2南极2200万公里2)使它成为地球上最大的生物群落之一。地球上海冰覆盖的面积与大草原或农田覆盖的面积一样大。在北极和南极，我们已经看到气候变化正在极大地改变海冰形成和融化的时间，以及冰的性质。认识到在冰面上和冰面上蓬勃发展的生命的重要性，对于我们理解这些气候变化对与海冰相关的整个生态系统意味着什么至关重要。
术语表
盐度：↑水的含盐量称为盐度——不含盐的水的盐度为0，每升含35g盐的海水的盐度为35，咸盐水的盐度为200。
浮冰：↑被洋流和风移动的海冰。
冰川：↑一片连续的海冰区域这些浮冰的面积从几平方米到几平方公里不等。
盐水：↑高浓度盐溶液。
硅藻：↑海水和淡水中常见的单细胞藻类。它们的特点是被包裹在坚硬的硅酸盐外层(如玻璃)。
利益冲突
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?前沿青年7:79。doi: 10.3389 / frym.2019.00079
[２]↑托马斯，D. N.和迪克曼，G. S. 2002。南极海冰是极端微生物的栖息地。科学．295:641-4。doi: 10.1126 / science.1063391
[3]↑Boetius, A.， Albrecht, S.， Bakker, K.， Bienhold, C.， Felden, J.， Fernández-Méndez, M.等。2013。从融化的北极海冰中输出藻类生物量。科学．339:1430-2。doi: 10.1126 / science.1231346