研究人员发现，冰在极寒环境下能引发比液态水更强的化学反应，从而溶解铁矿物。冻融循环增强了这种效应，将铁释放到河流和土壤中。随着气候变化加速这些循环，北极水域可能面临重大转变。
这项最近发表在科学期刊PNAS上的研究表明，摄氏零下十度的冰从普通矿物中释放的铁比摄氏四度的液态水更多。这挑战了冰冻环境会减缓化学反应这一长期以来的观点。
“这听起来可能有些反直觉，但冰并不是一块被动的冻结块，”于默奥大学（Umeå University）教授、该研究的合著者Jean-François Boily说。“冻结过程在冰晶之间创造了微小的液态水囊。这些水囊就像化学反应器，化合物在其中变得浓缩且极度酸性。这意味着即使在低至摄氏零下30度的温度下，它们也能与铁矿物发生反应。”
为了理解这一过程，研究人员利用先进的显微镜技术和实验，研究了针铁矿——一种分布广泛的氧化铁矿物——以及一种天然存在的有机酸。
他们发现，反复的冻融循环使铁的溶解更加高效。随着冰的冻结和融化，先前被困在冰中的有机化合物被释放出来，进一步推动化学反应。盐度也起着至关重要的作用：淡水和半咸水会增加溶解，而海水则会抑制溶解。
这些发现主要适用于酸性环境，例如矿山排水点、大气中的冻结尘埃、波罗的海沿岸的酸性硫酸盐土壤，或任何铁矿物与有机物相互作用的酸性冰冻环境。下一步是查明这是否适用于所有的含铁冰。这正是Boily实验室正在进行的研究即将揭示的内容。
“随着气候变暖，冻融循环变得更加频繁，”该研究的第一作者、博士生Angelo Pio Sebaaly说。“每个循环都将铁从土壤和永久冻土中释放到水中。这可能会影响广大地区的水质和水生生态系统。”
研究结果表明，冰不是一种被动的储存介质，而是一个活跃的参与者。随着极地和山区地区冻结和融化现象的增加，其对生态系统和自然元素循环的影响可能是巨大的。