北极地区包括北冰洋、格陵兰岛、冰岛及欧亚大陆和北美大陆的北部地区。其海冰的季节和年际变化是地球气候系统中最敏感的组成部分。北极地区覆盖有大范围的海冰，海冰的性质相对于陆地和海洋界面差异很大，其变化对北极地区乃至全球都有重大的影响^[1]，主要表现在：(1)海冰对太阳辐射的反射率远高于海水，能将大部分的短波辐射反射回大气，海冰覆盖面积的变化会强烈影响海气热量和能量交换；(2)海冰限制了大气与海洋的直接接触，形成了海—冰—气界面，三种界面相互作用，影响大气环流和海洋表面的海气物质能量交换；(3)北冰洋海冰的冻结、融解过程决定着极地温盐环流的形成和强度变化，通过影响海洋深层水团形成进而影响全球的温盐环流、海洋生物化学过程和气候变化；(4)海冰的巨大面积使它成为地球上最大的生物群落之一，但其自身的生态系统却极其脆弱，对气候的变化十分敏感。海冰面积的减小会直接严重影响极地的生态系统，使微生物和宏观生物群落发生变化，导致生物多样性和生态系统稳定性变差；(5)海冰的扩张和消退会通过影响“物理泵”和“生物泵”而改变北冰洋吸收大气CO₂的能力，使北冰洋碳的源汇格局产生变化^{[2, 3]}。

海冰变化在时间尺度上表现为季节变化和年际变化，其中以季节变化最为显著^[4]。研究表明，北极海冰面积在夏季末(9月)最小，冬季(3月)最大。美国国家冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center)卫星观测数据显示，自1979年9月，北极海冰约以每年7.2×10⁴km²的速度急剧减小，每十年大约减小3%，引起了社会各界的关注。最新的模式预测结果显示2050年左右北极夏季海冰可能完全消退，形成北极湖^{[5, 6]}。此外，研究北极海冰的变化对全球的交通运输有重要的意义，北极海冰融化，航道开通能使中国与北极建立起一条能源通道，为中国开发和利用北极资源提供便利^[7]。

为了了解海冰周期性变化规律，预测海冰的未来变化，合理认识北极生态环境变化和利用北极自然资源，需要构建长尺度的时间序列来研究海冰的变化规律。然而高分辨率的海冰卫星观测记录只有四十年的历史，早期的海冰观测数据仅有部分海域并且不连续，严重制约了海冰重建和模型建立工作，亟待对古海冰覆盖范围和变化规律进行研究。

1.   重建古海冰的研究方法

1.1   传统方法

传统的用于重建古海冰的指标有冰筏碎屑(Ice-Rafted Detritus，IRD)、微体古化石以及地球化学指标等。冰筏碎屑是沉积物中的常见组分，从陆地冰川分离出来进入海洋的冰山或者海冰会将陆源碎屑一并携带进入海洋中，随着气候的变暖，冰筏融化过程中陆源碎屑卸载，最终被保存在沉积物中^[8]。IRD含量的高低通常用来指示海冰、大块冰或冰山的搬运能力，而且还指示了表层洋流的变化历史^{[9, 10]}。但是用IRD指示海冰的扩张和消减时，很难确定其来源于海冰还是冰川的运输^[11]。有孔虫、硅藻、甲藻馕孢和介形虫等微体生物由于其不同种属生活在不同环境中，可以根据沉积记录中微体生物古化石的海冰种属重建古海冰的变化^[12-14]。海冰变化会通过改变阳光的透射率影响有孔虫、硅藻、甲藻的生长环境。在海冰常年覆盖的区域，由于缺乏阳光，微体生物的含量接近零；在季节性海冰覆盖下的区域，有微体生物存在，但其含量相较开阔水仍然要低很多。硅藻在高纬的海洋环境中分布广泛，在沉积物中的硅藻组合由于受到水文环境和海冰分布的影响，会有明显的种属差异性^[15]，可通过研究硅藻的种类推测研究区域海冰变化情况。但是微体古化石大多为碳酸钙和二氧化硅外壳，容易在成岩过程中溶解，限制了微体古化石在重建记录中的应用^[16]。常用于指示海冰变化的地球化学指标为沉积物的稳定同位素，例如，通过δ¹⁸O和δ¹³C的变化分别指示淡水输入和海洋—大气交换，从而推测海冰的变化情况^[17]，是指示海冰变化的间接指标。传统的重建海冰的指标存在明显的限制性，且不能对海冰变化进行定量研究，因此亟待新指标的发展。

1.2   IP₂₅简介

生物标志物作为一种较新的地球化学指标，具有来源明确、在地质年代中稳定保存等特点，可以为重建过去的海洋环境提供长时间的沉积记录^[18]。高度支化的类异戊二烯(Highly Branched Isoprenoid，HBI)由少量的海洋和淡水藻类Haslea, Navicula, Pleurosigma和Rhizosolenia产生^[19-23]。HBIs在北极海洋沉积物中主要以C₂₅骨架为主，大部分为2—5个双键^{[20, 24]}，也有少量的单双键和多双键的同分异构体。HBIs双键的数量(即不饱和度)与藻类的生长温度和培养温度密切相关，随着环境温度升高，不饱和度增加，即双键个数增加^{[18, 25]}。HBIs来源特异性使其成为古环境研究的潜在有用的生物标志物。

2007年，Belt等^[18]在加拿大北极群岛的海冰以及沉积物中首次发现了具有一个双键的HBI分子(HBI monoene)IP₂₅。它由北极海冰硅藻在低温下合成，在海冰消融时，能够稳定地保存在北极和亚北极的海洋沉积物中，目前已经在北冰洋中心中新世的沉积物中被检出，保存时间超过了5.3 Ma^[26]，因此该生物标志物可以被用于长时间尺度的海冰重建。虽然目前对IP₂₅归宿过程的认识仍存在限制，比如垂直输送、降解过程和环境影响因素^[27]，但是该生物标志物已被广泛地应用于北极和亚北极区域的海冰重建，通过其得到的海冰重建结果与卫星观测数据展现了很好的相关性。

1.3   IP₂₅指示海冰变化的原理

1.3.1   IP₂₅定性指示海冰变化

Belt等^[18]分析了来自加拿大北极地区的浮游植物、海冰、表层沉积物和沉积物岩芯样品，在有季节性海冰覆盖的样品中都发现了IP₂₅，在永久冰层覆盖地区以及在开阔水区域的样品中都没有检测到IP₂₅的存在，反映了海冰硅藻合成IP₂₅与海冰分布变化的关系。因此，IP₂₅的缺乏对应无冰或者永久性海冰两种情况，因为这两种情况都会遏制冰藻的生长，仅分析IP₂₅的含量无法区分无冰和永久性海冰的情况。2009年Müller等^[28]结合浮游植物生物标志物菜子甾醇区分了这两种情况，研究发现在永久海冰覆盖区域并未检测到IP₂₅和菜子甾醇，因为永久海冰减弱了光照的穿透从而抑制了冰藻和浮游植物的生长；在冰边缘或季节性海冰区域，适宜冰藻和浮游植物的生长，IP₂₅和菜子甾醇两种生物标志物的含量都很高；而在开阔大洋不存在海冰的区域，环境条件并不适合冰藻的生存，因此未检测到IP₂₅的存在，只检测出大量的菜子甾醇。简言之，此研究结果提出了结合IP₂₅和菜子甾醇两种生物标志物的含量定性反推区域海冰的方法，海洋沉积物中IP₂₅和浮游植物生物标志物都存在指示了季节性海冰，IP₂₅和浮游植物生物标志物都不存在指示了永久性海冰，IP₂₅不存在但是浮游植物生物标志物存在指示了无冰的情况。

1.3.2   PIP₂₅指标定量指示海冰变化

Müller等^[29]通过对东格陵兰岛和西斯匹次卑尔根岛表层沉积物中IP₂₅和浮游生物标志物(菜子甾醇、甲藻甾醇、短链正构烷烃)含量的分析，使用经验公式得到PIP₂₅(Phytoplankton-IP₂₅)指标，用于半定量估算春、夏季的海冰密集度。不同海冰条件下沉积物中IP₂₅和浮游植物生物标志物含量以及PIP₂₅值的相对高低情况如图 2所示。

图  2  不同海冰条件下沉积物中IP₂₅和浮游植物生物标志物含量以及PIP₂₅值的相对高低

(修改自Müller等^[29])

Figure  2.  Generalised scheme illustrating distinct sea surface conditions and respective productivities of ice algae and phytoplankton. Overview sedimentary contents of IP₂₅ and the phytoplankton-derived biomarkers and resulting PIP₂₅ indices are indicated for each setting

(modified from Müller et al.^[29])

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PIP₂₅=IP₂₅/[IP₂₅+(浮游植物生物标志物× c)]

c= IP₂₅平均含量/浮游植物生物标志物平均含量

PIP₂₅的0值代表研究区域春、夏季普遍无海冰覆盖；PIP₂₅的低值(0~0.5)指示研究区域春、夏季海冰快速消退；PIP₂₅的中间值(0.5~0.75)反映研究区域位于春、夏季海冰边缘；PIP₂₅的高值(0.75~1)代表研究区域春夏有持续海冰覆盖^[29]。值得注意的是，使用PIP₂₅指标量化海冰变化要考虑单个生物标志物含量(IP₂₅和参与计算的生物标志物)，IP₂₅和浮游植物生物标志物的同时高值(春、夏持续海冰覆盖)可能会计算得出低的PIP₂₅值；同样，低的IP₂₅和浮游植物生物标志物含量(接近永久性海冰)可能会计算得出高的PIP₂₅值^[30]。

Müller等^[29]计算所得PIP₂₅值与卫星观测所得海冰数据以及模式海冰数据都有良好的相关性，为生物标志物定量重建海冰密集度提供了基础。2015年, Xiao^[31]在跨北极区域也发现了基于浮游植物生物标志物菜子甾醇和甲藻甾醇计算所得PIP₂₅值与卫星观测的海冰密集度有很好的相关性，这为IP₂₅和PIP₂₅的广泛使用提供了事实依据。

PIP₂₅指标已成功应用于北极海冰的重建，但是作为新方法在量化古海冰变化的研究中需要进一步校正和发展，目前依然存在限制性^{[27, 29]}。

首先，浮游植物生物标志物往往并不是来源于单一藻类和特定的环境。例如，菜子甾醇大部分来源于海洋浮游植物，也可由淡水浮游植物产生^[31]，甚至可能来源于冰藻^[27]，其他生物标志物甾醇和短链烷烃等也可由多种藻类产生^[32-34]。同时，不同浮游植物的生存环境要求也有所差异，有的适应低温环境，在温度低时能产生更多的生物标志物；有的更适应温暖的环境，在温度较高时反而可以产生更多的标志物。当计算PIP₂₅指标时，生物标志物来源和环境的不同会对其造成干扰。因此在使用PIP₂₅指标时要清楚研究区域的优势藻种和环境影响。

其次，公式中c因子是用于消除由IP₂₅和浮游植物生物标志物含量数量级不同产生的差异，但是在使用PIP₂₅进行古海冰重建时存在问题。c因子在公式中表述为，所研究岩芯同一时期IP₂₅的平均含量与浮游植物生物标志物平均含量的比值^[29]。当通过PIP₂₅指标进行古海冰重建时，用同一岩芯计算10ka与100ka的c值就可能完全不同，从而导致计算的PIP₂₅值发生很大的变化，使古海冰的重建工作出现问题。针对这一问题，不考虑IP₂₅和浮游植物生物标志物在沉积物中的降解差异，可采用表层沉积物计算c值。

最后，PIP₂₅不能显示IP₂₅与浮游植物生物标志物的内相波动。当IP₂₅含量与生物标志物含量同时增大或减小时，PIP₂₅的值有可能不变。Müller等^[35]在研究西斯匹次卑尔根山沉积物岩芯的PIP₂₅记录时发现，尽管晚全新世海冰边缘快速增长和消退引起了短期生物标志物含量的快速波动，但PIP₂₅值却变化不大。鉴于这种情况，使用PIP₂₅指标进行古海冰重建时应分析单个生物标志物的变化记录，以获得更全面准确的信息。

1.4   IP₂₅与其异构体的比值(DIP₂₅指标)定性指示温度变化

C₂₅-HBI双烯烃diene(图 1)可能部分来源于海冰硅藻，部分来源于开阔水域的浮游植物，在北冰洋的海冰、沉积颗粒物、沉积物中通常与IP₂₅共同存在, 与海冰的分布有重要的联系^{[18, 36, 37]}。此外，由于HBI的不饱和度与温度密切相关，温度越高，不饱和度越高，所以diene与IP₂₅的比值可用于定性指示海水温度的变化。2009年Vare等^[37]在研究加拿大北极群岛巴罗海峡的早全新世样品时发现HBI diene/IP₂₅值逐渐增大，与逐渐变暖的环境条件相吻合。此后，Fahl and Stein^[38]对拉普捷夫海沉积物岩芯样品进行了高分辨率分析，发现当环境温度高或者海冰密集度较低时diene/IP₂₅值会增大。Xiao等^[39]通过分析喀拉海和拉普捷夫海表层沉积物中IP₂₅和diene的分布，发现IP₂₅和diene有共同的来源，并观察到研究区域diene/IP₂₅的值与表层海水温度(SST)之间存在明显的正相关关系。进而，Cabedo-Sanz等^[40]就此进行了更深入的研究，选取了巴罗海峡、迪斯海峡、冰岛北部陆架以及挪威北部海域的岩芯，发现diene与IP₂₅有很强的线性关系，提出了DIP₂₅指标(DIP₂₅=diene/IP₂₅)，同时指出虽然diene与IP₂₅在所研究的不同岩芯中相关性都极强，但根据研究地点的不同会发生变化。尽管DIP₂₅指标需要进一步研究，但该指标确实可以反映更多关于季节性海冰的状况，是IP₂₅和PIP₂₅定性和定量重建海冰环境的有效补充。

图  1  本文中C₂₅骨架高度支化的类异戊二烯结构

(引自Belt等^[27])

Figure  1.  Structures of C₂₅highly branched isoprenoid alkenes described in the text

(from Belt et al.^[27])

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2.   IP₂₅的应用实例

IP₂₅方法自2007年被提出可用于古海冰重建^[18]，其使用方法不断地被改进及量化，由定性的指示季节性海冰变化，到结合浮游植物生物标志物区分永久性海冰覆盖和开阔水的情况，发展到将IP₂₅与浮游植物生物标志物相结合计算PIP₂₅值定量估算海冰变化以及DIP₂₅指示温度盐度变化，在空间和时间格局上都有了一定的发展。IP₂₅已经被广泛地用于北极海冰变化的重建工作，研究区域逐渐扩大，包括北冰洋中心、弗拉姆海峡、巴伦支海、西伯利亚海、楚科奇海、加拿大北极群岛以及亚北极的冰岛北部陆架区和白令海，目前的研究情况如图 3所示。IP₂₅在北极和亚北极区域表层沉积物中的大范围研究和应用确定了其应用于重建古海冰和古气候变化的可行性。

图  3  IP₂₅在北极区域的研究情况

圆点代表沉积物岩芯，红色三角形代表捕获器样品的位置，彩色方块表示表层沉积物的研究区域(修改自Belt and Müller^[27])

Figure  3.  Locations where IP₂₅ has been studied in Arctic sediments

Core sites refer to red dots. Locations of surface sediment studies refer to color boxes. The red triangle refers to a study involving the analysis of sediment trap material (modified from Belt and Müller^[27])

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2.1   北极表层沉积物中IP₂₅的应用

自Belt等^[18]首次发现IP₂₅以及Müller等^[29]提出将IP₂₅与浮游植物生物标志物结合定量指示海冰变化以来，IP₂₅被广泛应用于北极表层沉积物的研究中重建现代海冰分布，重建结果与卫星观测数据有很好的相关性。

Navarro-Rodriguez等^[41]对巴伦支海的表层沉积物进行了分析，验证了IP₂₅在海冰区域沉积物中广泛存在，在无海冰覆盖的沉积物中发现了IP₂₅的存在，推测为外来沉积物的输入。并将IP₂₅含量、PIP₂₅值与海冰密集度进行了线性分析。

Xiao等^[39]对喀拉海和拉普捷夫海表层沉积物中的海陆源生物标志物和IP₂₅含量进行了分布分析，研究区域覆盖了河口、近岸、陆架、大陆边缘和北冰洋中心等受海冰、河流输入等多环境因素影响的北极环境，为IP₂₅和其他生物标志物在复杂海冰情况下的研究提供了一系列有价值的信息，扩展了IP₂₅在北极的数据库。

Stoynova等^[42]对东西伯利亚海、楚科奇海、白令海、北太平洋和北大西洋的表层沉积物进行了分析，发现尽管北大西洋与北太平洋的海冰分布状况相差不大，但是大西洋地区的IP₂₅含量要比太平洋地区高，而PIP₂₅的值相差较小，更适合古海冰的重建。由于不同区域的环境和海冰分布不同，也会出现相似海冰密集度但PIP₂₅值却不同的情况，需要根据实际情况具体分析。

Méheust等^[43]对北太平洋和白令海的样品进行了生物标志物分析。在白令海北部海冰边缘处发现IP₂₅以及大量菜子甾醇和甲藻甾醇，说明此处为季节性海冰；在白令海南部和北太平洋发现了含量极高且相关性良好的菜子甾醇和甲藻甾醇，并未发现IP₂₅，说明此处为开阔水。研究结果与实际海冰分布有良好的相关性。

Xiao^[31]等利用北冰洋中部(>80°N)和楚科奇海台的表层沉积物对IP₂₅、菜子甾醇和甲藻甾醇等生物标志物进行了分析，并结合已发表的北极、亚北极生物标志物数据，建立了泛北极的IP₂₅、菜子甾醇和甲藻甾醇分布，由此推断北极中心区域常年冰覆盖，生产力极低但却不为零。并通过PIP₂₅指标重建了现代北极海冰情况，并与卫星数据取得了良好的相关性。

近期，Belt课题组在巴伦支海域进行了PIP₂₅定量重建海冰的校正研究工作^{[44, 45]}，研究结果表明IP₂₅结合其异构体HBI triene(浮游植物生物标志物)进行PIP₂₅计算来定量估算海冰密集度会消除IP₂₅和浮游植物生物标志物在含量数量级上的差异，并且会指示冬季海冰边缘的状况。

2.2   IP₂₅重建古海冰的应用实例

2.2.1   北冰洋中心其边缘海

北冰洋中心由于常年冰封，沉积速率极低，古海冰重建鲜有研究。2015年Xiao等^[46]通过分析高纬度(>80°N)沉积物岩芯中的IP₂₅和浮游植物生物标志物记录，重建了同位素3-1期(MIS3-1)北冰洋中心的海冰覆盖情况，指出MIS3和MIS2海冰扩张，其覆盖面积及海冰厚度远高于现代，进入MIS1海冰有所消退。同时，该研究聚焦了末次冰盛期(Last Glacial Maximum, LGM)的海冰分布，并指出在LGM夏季海冰消退至弗拉姆海峡，北大西洋暖流可进入北大西洋。

近期，Stein等^[47]通过分析高纬度(>80°N)沉积物岩芯中的IP₂₅和浮游植物生物标志物，重建了MIS6以来北冰洋的海冰覆盖情况，研究结果表明在MIS6时期北冰洋被冰架(Ice Shelf)所覆盖；MIS6末期冰架边缘出现冰间湖；而在气候暖于现代的MIS5e，北冰洋中心夏季仍然存在海冰，其边缘海巴伦支海的海冰消退，北大西洋暖流沿陆架边缘进入北冰洋。2016年Stein等^[26]分析了北冰洋中心岩芯中的IP₂₅以及相关生物标志物烯酮和甾醇，研究结果表明中新世北冰洋中心为季节性海冰覆盖，夏季为无冰开阔水；通过与数值模拟中新世大气CO₂浓度的对比，指出中新世的气候要暖于现代。研究结果证明了IP₂₅可在距今5.3Ma的海洋沉积物中被检测出，可以作为指示海冰变化的稳定指标。

Fahl and Stein^[38]对拉普捷夫海北部大陆边缘的岩芯PS2458进行了IP₂₅记录分析，并结合HBI diene、浮游植物生物标志物菜子甾醇指示了海冰的覆盖程度。结果显示在相对温暖的Bølling-Allerød时期，海冰覆盖面积减少，而在新仙女木时期海冰覆盖面积达到最大。该研究同时也印证了在新仙女木开始阶段，海冰的突然增加是由于阿加西冰湖通过马更歇河释放了大量淡水进入北冰洋^[48]。最后，在全新世的中期以及晚期PIP₂₅出现了极大值，表明该时期海冰覆盖面积在增大^[38]。近期，Hörne等^[49]在该海域进行长时间尺度和高分辨率的海冰研究，发现海冰变化与气候、冰川融水以及太阳辐射相关。

近期，Polyak等^[50]及Stein等^[51]利用楚科奇海陆架沉积物岩芯中的IP₂₅记录定量重建了北冰洋西部全新世的海冰变化，发现早全新世海冰覆盖程度低，中全新世海冰逐渐扩张，晚全新世海冰覆盖面积明显升高，海冰变化主要受太平洋热量与太阳辐射控制。

北冰洋中心由于多年冰覆盖，生产力极低^[52]，而IP₂₅指标在北冰洋中心沉积物岩芯中被检测出并成功用于重建古海冰的变化，这是北冰洋海冰重建研究中的重要突破和贡献，对模式研究以及预测未来海冰变化有重要意义。

2.2.2   加拿大北极群岛

Vare等^[37]对位于加拿大北极群岛巴罗海峡的岩芯进行了IP₂₅含量的分析，首次使用涵盖了全新世的IP₂₅记录进行古海冰重建工作。根据IP₂₅含量变化可将研究区域全新世的海冰变化分为4个阶段。首先，在记录的早期(约10.0~6.0ka)，IP₂₅丰度一直低于全新世的平均值，表明有春季海冰存在，但海冰量很少；在6.0~4.0ka，IP₂₅丰度略有上升，表明海冰覆盖有所增加，但仍低于全新世平均值；在4.0~3.0ka，IP₂₅丰度快速增加，并且保持平均值之上。同时，在4.0~3.0ka，IP₂₅含量的升高代表了全新世暖期的结束^{[37, 53]}。

随后，Belt等^[54]对位于加拿大北极群岛维多利亚海峡和迪斯海峡的岩芯进行了IP₂₅的测定，研究结果与巴罗海峡的结论一致^{[37, 54]}，在整个记录中均检测到了IP₂₅。在记录的早期(7.0~3.5ka)，IP₂₅含量很低；在大约3.0ka，IP₂₅含量开始增加。将不同岩芯中的IP₂₅记录进行比对，发现位于较低纬度岩芯(维多利亚海峡和迪斯海峡)中的IP₂₅含量在2.0~1.8ka出现了明显的降低，说明此时区域海冰的覆盖面积减少，这与前人在该区域的古气候研究一致^{[55, 56]}。另外，在所有的岩芯中，从大约700~500年前开始，IP₂₅的含量开始升高，指示了此区域海冰面积的扩张。

加拿大群岛冰情复杂，夏季存在海冰边缘、开阔水、永久海冰以及冰间湖等多种情况，IP₂₅指标在该区域的应用表明了其重建复杂冰情的能力，为其进一步在更多区域的应用提供了依据。

2.2.3   亚北极地区

2012年Müller等^[35]分析了弗拉姆海峡和格陵兰岛东部陆架沉积物岩芯中的IP₂₅、浮游植物生物标志物和IRD，重建了过去9ka的海冰变化和分布。弗拉姆海峡北部和东部岩芯中的IP₂₅含量整体呈上升趋势，与上升的IRD含量一致，表明了研究区域在全新世海冰覆盖扩张的趋势；而在格陵兰岛陆架岩芯中的IP₂₅含量较稳定，岩芯位置相对弗拉姆海峡纬度更低，受全新世变冷的影响较小。2009年Müller等^[28]对位于弗拉姆海峡北部岩芯PS2837-5的TOC、IP₂₅和菜子甾醇进行了分析，重建了连接北冰洋和北大西洋这一关键区域过去30ka的海冰变化，研究结果表明在距今30~17ka，海冰覆盖面积大，TOC、IP₂₅和菜子甾醇的含量最低；在27~24ka，研究区域位于海冰边缘位置，冰藻和浮游植物生产力都较高，TOC、IP₂₅和菜子甾醇含量升高；在Bølling-Allerød早期，海冰消退，导致IP₂₅含量较低而菜子甾醇含量升高；早全新世，研究区域为春季海冰覆盖，IP₂₅和浮游植物的含量处于中间值。2014年，Müller等^[30]对位于弗拉姆海峡东部的斯瓦尔巴特群岛(当前夏季海冰边缘)的岩芯MSM5/5-712-2进行了高分辨率的研究，结合PS2837-5岩芯的IP₂₅记录以及其他岩芯中浮游和底栖生物稳定同位素、Mg/Ca等指标，重建了末次冰期至冰消期(30~10ka)的海冰变化，指出北大西洋暖流的强度变化是控制海冰分布的主要机制。近期，在东格陵兰陆架的IP₂₅沉积记录表明该研究区域的海冰变化主要与北大西洋涛动有关，欧洲冷期和暖期事件(小冰期和中世纪暖期)与海冰的密集度强弱变化一致^[57]。

在冰岛陆架区这一对气候变化非常敏感的区域，有关沉积物中IP₂₅记录的研究比较系统。Massé等^[58]通过IP₂₅记录展示了高分辨率的小冰期(LIA)和中世纪暖期(WMP)的海冰变化，与硅藻转换函数定量所得的温度记录呈现良好的相关性。Andrews等^[59]通过多指标的方法，使用IP₂₅作为辅助指标重建了冰岛西北陆架区过去2000年的海冰变化，IP₂₅与IRD以及有孔虫δ¹⁸O等传统指标的指示意义非常一致。而在冰岛西南陆架区的MD99-2258岩芯里没有发现IP₂₅ ^[60]，因为在过去的2000年内海冰没有扩张到该岩芯位置附近。近期，冰岛北部陆架区全新世(过去8000年)高分辨率的IP₂₅记录指示了该区域的海冰来源为北冰洋浮冰，IP₂₅记录的变化趋势与石英记录有很好的相关性^[61]，这是首次使用IP₂₅指示外源海冰的输入情况。随后，Xiao等^[62]通过分析IP₂₅及相关生物标志物指标，重建了冰岛北部陆架区末次冰消期(过去15000年)高分辨率的海冰变化记录，通过与北大西洋北部不同海域IP₂₅记录的比对，指出末次冰消期北大西洋北部的海冰分布存在“跷跷板”效应，并提出洋流控制的演变机制。在冰岛以北的冰岛海，结合IP₂₅记录的多指标研究表明晚上新世(3.5Ma)该海域为季节性海冰覆盖，在2.75Ma之后随着格陵兰冰盖的变化，该海域出现了冰边缘的情况^[63]。

北太平洋及白令海由于海洋环境与大西洋扇区的差异，在现代表层沉积物中检测出含量很低或者为0的IP₂₅^[43]。Max等^[64]结合西北太平洋末次冰消期海洋表面温度和海冰变化，测定分析了白令海和鄂霍茨克海6个沉积物岩芯中温度记录、硅藻丰度和IP₂₅含量，发现在Bølling-Allerød时期和早全新世此区域没有IP₂₅，结合该时期极高的海表温度以及丰富的浮游植物生物标志物，说明在Bølling-Allerød时期和全新世早期没有海冰覆盖。相反，在Heinrich 1事件和新仙女木时期的沉积物中检测到了IP₂₅，并且此时该区域的海水表面温度很低、海冰硅藻生产力较高。随后，Méheust等^[65]分析了北太平洋和白令海西部3个岩芯中的IP₂₅和相关生物标志物，重建了研究区域过去18000年高分辨率的海冰变化，与Max的结论非常一致^{[64, 65]}。Ruan等^[66]展示了白令海北部全新世海水表层温度和海冰覆盖程度的变化，夏季海水表层温度在11~10ka达到最高，与早全新世暖期一致，海冰覆盖程度从早全新世到晚全新世整体呈上升趋势。

IP₂₅指标在北大西洋北部和北太平洋北部的应用为对比研究大西洋和太平洋对北冰洋的影响提供了重要参考依据，前人研究表明，北大西洋和北太平洋在全新世存在气候的“跷跷板”效应^[67]，但是IP₂₅重建结果显示其海冰变化同相的趋势。

3.   总结和展望

在北极沉积物中的海冰生物标志物IP₂₅可用于指示季节性海冰的存在，相反，IP₂₅的缺失指示了永久性海冰和无冰的情况。而结合浮游植物生物标志物的含量可以区分永久性海冰和无冰这两种情况。表层沉积物中的IP₂₅及经验值PIP₂₅为卫星观测海冰数据的相关性提供了重要的校正，为使用该指标重建古海冰提供了基础。目前，IP₂₅已被成功地应用于多时间尺度以及多海域(北冰洋)的古海冰重建及其控制机制分析。

IP₂₅在北极海冰重建中的可靠性，使我们对海冰变化的历史有了更深入的理解。IP₂₅作为新的海冰指标，未来的研究需要进一步探讨其不足之处并进行相应的改进。首先，目前已检测到三种或四种能够产生IP₂₅的海冰硅藻^[68]，因此需要进一步发展实验室低温培养工作^{[18, 27]}以及野外采集工作^[69]，更加明确IP₂₅指标的应用范围。其次，IP₂₅在表层沉积物中的研究工作已经覆盖了北极和亚北极的主要区域，但是加拿大海盆和格陵兰岛北部由于夏季冰封依然为研究空白区域，需发展国际合作航次进行采样工作。最后，IP₂₅定性讨论海冰情况已发展为PIP₂₅半定量估算海冰密度，因此定量估算海冰密集度的研究工作需要继续深入发展。