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调查来自南极洲和格陵兰岛的冰下水域的研究人员发现，这些水域中重要的生命维持元素的浓度比以前想象的要高，这给寻求理解地球化学过程的科学家们解答了一个巨大的未知问题。
“来自南极湖泊的数据令人兴奋，”佛罗里达州立大学博士后研究员约翰霍金斯说。 “很多人倾向于认为南极洲只是冰，但对南极洲冰川下的这些湖泊已经了解了40年，目前已经发现了400多个。 一些科学家把南极冰层下的环境称为世界上最大的湿地。 科学家面临的挑战是对它们进行采样极其困难。 ”
这项研究特别研究了南极大陆和格陵兰冰盖下的液态水。 地球陆地表面约有10%被这些冰原覆盖，这些极地环境随着温度的上升而迅速变化。 科学家们有兴趣知道这些环境和持续的变暖如何影响未来重要的地球化学过程。
霍金斯分析了这些水样，重点分析了所谓微量元素——这一化学元素含量极低，但对微生物和全球碳循环至关重要。 多年来，科学家们一直认为，世界冰川下的水中含有的这些元素数量非常少，在地球的地球化学和生物学过程中没有发挥重要作用。
“事实上，我们发现冰原对生命过程的作用似乎比我们原先想象的更重要，”佛罗里达州立大学地球、海洋和大气科学副教授罗伯特斯宾塞说。 “它提醒我们，现代对地球运行机制的理解，还有许多尚未发现的未知之处，还有许多需要学习的东西。 ”
例如，科学家们预计在这些冰下水域每升溶解铁(极其重要的微量元素)低于5微克，但发现每升可达1000微克。 在极端冰层下的生态系统和冰盖融水的海水中，这些巨大的变化可能会对生命的维持产生巨大的影响。
斯宾塞说。 “这些微量元素就像人们每天服用的维生素片。 “我们只需要少量这些材料，但它们是健康生态系统发展的基础。 ”
然而，收集和分析冰川下的水并不是一件容易的事。 在南极大陆尤其如此。 研究人员必须在偏远和恶劣的环境中工作。
霍金斯和斯宾塞的合作者，蒙大拿州立大学的约翰普利斯克教授和马克斯基德莫尔教授，策划了对南极大陆的复杂研究远征，在南极冰原上挖掘了3500英尺以上。
2016年，在National Science Foundation的冰下南极湖科学访问( SALSA )项目的资助下，Priscu指导了野外活动，包括用飞机和拖拉机约100万英镑的装备通过冰原运往现场。
然后，从2018年12月到2019年1月，萨尔萨计划科学小组在母冰下的湖里挖掘了约四分之三英里的冰。 这个湖长5.5英里( 9公里)，深50英尺( 15米)。 他们选择了那个特定的湖。 那是因为它位于两条冰流的交叉点。
“我们对这个特定湖泊发生的物理、化学和生物过程感兴趣，但还有另一个更广泛的背景。 这意味着这些湖泊是冰盖下更大的水文系统的一部分，”Skidmore说。 “我想看看冰盖下发生了什么，以及它是如何与沿岸环境相连的。 ”
斯基莫尔按照霍金斯提出的方案采集样品，然后用温度受控的货船将样品送回美国。 这需要几个月的时间，用夜间配送的特殊冷却器将样品送到塔拉哈西以稳定样品的温度。
霍金斯和他的同事从格陵兰雷弗特冰川下的大融水河里收集了样品。 实地工作由英国布里斯托尔大学的Jemma Wadham指导，为期3个月，包括在夏季融化季节监测河流水文和地球化学特征。
霍金斯和斯宾塞随后将在设在联邦理工学院总部的国家高磁场实验室专门设计的实验室进行地球化学分析，以尽量减少灰尘和其他可污染样品的环境因素。
这些科学家说他们的合作资源和跨学科方式最终导致了他们领域向前发展的研究。
“发现都是在学科交叉的地方进行的，”Priscu说。 美国科学院的这篇论文涉及许多学科，显示了国际合作的力量。 手稿的结果改变了我们对极地冰原如何影响地球系统的看法。 ”
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