南极环流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）是全球最庞大且持续的海洋环流系统，它横贯南极洲周围的南大洋，连接着太平洋、大西洋和印度洋三大洋盆。ACC不仅塑造了南半球的气候格局，还深刻影响着全球海洋环流和碳循环，因而被誉为地球气候与海洋系统的关键调节器。2024年，弗兰克·拉米（Frank Lamy）及其团队通过国际海洋发现项目（IODP）383航次的沉积岩记录，揭示了ACC在过去五百万年中的强度变化，为理解其演变机制提供了重要线索。 ACC的构成和驱动力复杂多样，主要受大气驱动的南半球西风带（Southern Westerly Winds，SWW）的风应力、海洋密度梯度以及环流的涡旋活动所共同影响。穿越深海海域的ACC不仅影响表层水体循环，还贯穿深中浅水层，形成深水上升、中间水团生成和强烈的海洋前缘体系。它的多层次动力效应对南极冰盖的稳定性有直接影响，例如通过调节暖水（如环极深水）向冰架底部输送的热量，间接引发冰盖融化。
现代观测显示，随着全球温室气体的增加，ACC展现出加速的趋势，尤其是在太平洋中部，相比于传统认为的通过南岳通道（Drake Passage）区域加速更为显著。这种加速趋势对于全球气候变暖背景下的海洋热量积累和赤道地区海洋环流格局转变极具指示意义。然而，尽管对于近现代ACC运行有诸多观测和建模研究，关于其长期演变尤其是跨过数百万年的尺度究竟是何种趋势，学界仍长期存在争议。 研究团队利用来自太平洋南洋的两大IODP钻孔站点U1540和U1541，结合高分辨率的元素X射线荧光（XRF）扫描技术，采用锆（Zr）与铷（Rb）元素比率的变动分析推算沉积物中可排序粉砂（sortable silt）的粒径变迁，据此间接反映底水流速和ACC强度变化。这种方法基于现代海底流场与沉积物粒径之间的经验律，能够展现海底水体流速的历史波动趋势。通过对比不同纬度带、不同ACC前缘位置的多套沉积核心数据，研究团队构建了过去500万年ACC强度的时空分布图谱。
令人惊讶的是，ACC强度并未呈现随全球气候冷却趋势的单调增强，而是在百万年尺度上经历了显著的转折。具体而言，研究发现，在始新世至上新世转折期间的早期，ACC强度呈现逐步增强，与此时全球气温和大气环流形势的演变相符。然而，进入更新世早期后，ACC强度却出现整体下降趋势，与持续的气候冷却和冰盖扩张趋势呈现出反向关联。 这一转折恰逢北半球冰盖的激烈兴盛（即所谓的加强北极冰盖事件，iNHG），以及南极海洋系统及大气环流的重新配置。南半球西风带的位置变化及强度调整、南极冰盖扩大对海洋密度结构的影响，导致ACC对气候驱动力灵敏度的根本性变化。换言之，Pliocene时期的ACC更为受控于大气风应力，而Pleistocene时期则更多受到海洋热盐结构与冰盖反馈的制约。
在430万年至150万年前，ACC强度随着400,000年轨道偏心率周期有明显波动，这种周期性反映了地球轨道参数调控气候系统的复杂影响。研究进一步揭示，经由调节南太平洋喷流及亚洲季风的季节性和纬向变动，这些轨道周期调节了南半球西风道，从而引发ACC流速的震荡。测定的化学地质指标和生物沉积数据都表明，ACC强度的变动与南极及全球大气二氧化碳浓度存在一定的耦合关系，尤其是在中更新世转折期后，弱ACC时期对应低大气CO2时期，强ACC时期则大气CO2相对高企。 古环境记录还说明，强ACC时期通常伴随着南极环流门脉较北位置的移动和升温事件，对应暖间冰期和超间冰期，如MIS 11和MIS 31期间的超强流动。这不仅促进了南极西冰盖的退缩，也通过推进热量传输至低纬度，加强了全球海洋热量储存和赤道环流动力学。与之相反，冰期期间减少的ACC流动则对应于南极海洋的加强分层和较低的营养盐输送，促进深层大洋更有效的二氧化碳隔离。
进一步来看，南极环流的长期变化对于理解未来气候变暖背景下的南极及全球海洋系统至关重要。五百万年间ACC经历的波动表明，其对气候变化的响应既包含直接的气候因子驱动，也涉及复杂的反馈机制，包括海洋热盐循环、北半球冰盖动态和大气环流结构调整。现代观测中ACC的加速似乎延续了过去温暖时期ACC增强的趋势，暗示未来大气增温可能进一步强化南极环流。这将强化南极洋流对热量和碳的输送能力，进而可能降低南极海洋对大气二氧化碳的吸收率，对全球气候系统产生深远影响。 本研究不仅填补了Pliocene以来ACC强度连续记录的空白，阐明了ACC强度与气候、冰盖及大气环流的多尺度联动，也为地球未来气候模型的精确构建提供了宝贵的历史轨迹。随着全球变暖进程不可逆转，南极环流作为连接全球气候系统多环节的枢纽，其强弱变化将继续在深远程度上影响海洋生态、碳循环及全球气候态势。
总的来说，南极环流的五百万年演化史是一部复杂的海洋与大气交互作用史，是全球气候变化和南极冰盖动态的真实写照。对其深刻理解有助于人类更好地预测和应对未来气候挑战，推动气候研究向更长时段和空间尺度延伸。
