南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）被誉为世界上最大的海洋环流系统，其强劲的东向流动不仅连接了全球三大洋盆地，更在全球海洋环流、气候调节和南极冰盖稳定中扮演着至关重要的角色。随着2024年最新科学研究的发布，我们对ACC在过去五百万年中的强度变化有了前所未有的深入认识，为理解其对地球气候系统的影响提供了重要视角。 ACC的流动受多种因素制约，包括大气驱动力、海洋密度梯度以及涡旋活动。尽管在已知的冰川与间冰期周期中，ACC的强度和位置表现出地区性差异，但长期的变化趋势却一直存在较大未知。最新调查基于国际海洋发现计划（IODP）383号站点采集的深海沉积物核心，系统探讨了太平洋南部海域ACC强度自530万年前以来的演变特征。 研究发现，ACC的变化并不遵循简单的线性趋势，尽管地球经历了显著的全球冷却和冰盖扩张，ACC强度在过去500万年中反而经历了一次百万年级别的反转过程。
早期普利奥世至晚普利奥世期间，随着全球气温的逐渐降低，ACC强度呈上升趋势；然而，进入早更新世后，随着气温持续减少，ACC强度开始下降。这一关键转折与南极洲及南大洋的重构密切相关，导致ACC对大气与海洋驱动力的敏感性发生根本变化。 在地球轨道参数的影响下，特别是大约40万年的偏心率周期，ACC表现出显著的强度波动。研究表明，这种周期性波动可能源自热带太平洋气温变化调节下的南太平洋高空喷流的季节性变化，进而影响南半球西风带和ACC的动力特性。自中更新世过渡期以来，ACC流速的变化与大气二氧化碳浓度及硅藻沉积带的纬向移动显现出紧密关联，体现了生物地球化学循环与物理海洋动力的强耦合关系。 深入分析中，还发现在过去三百万年中，ACC在暖间冰期阶段经常达到比现代更高的流速，暗示未来气候变暖可能引发ACC的进一步增强。
这一发现对评估人类活动引起的全球变暖背景下南大洋环流及碳循环的未来走向具有重要意义。 ACC的关键驱动因素之一是南半球西风带（SWW），它通过Ekman层推动海水向北移动，引发北侧下沉与南侧上升的海水运动格局，形成强劲的东向海流和丰富的涡旋结构，平衡海面风应力。南极绕极流涉及从浅海到深海的多层水体通量耦合，尤其在南大洋碳循环中发挥核心作用，直接影响大气二氧化碳水平及气候系统反馈机制。 过去几十年，虽然全球气候整体升温，南极地区的升温却相对滞后，但ACC的亚南极流部分显示出明显加速趋势，这主要归因于温室气体的持续增加。ACC的速度增加加剧了亚热带海洋的热量积累，促进大型洋流系统向极地方向迁移，这种变化对人类社会的气候适应策略提出了新的挑战。 历史沉积物记录表明，Pleistocene冰期阶段，ACC强度普遍下降，尤其是在亚南极带表现显著。
这一趋势与冰芯温度和大气CO2浓度的变化相一致，展现出气候系统各部分的联动机制。然而，不同海洋区域的ACC强度变化存在异质性，例如印度洋部分区域反而显示出增强趋势，反映了复杂的海洋环流动力和地形影响。 在普利奥世早期，尚未形成大型裸露南极冰盖，海冰覆盖有限，导致南大洋密度梯度较弱，海洋锋面和ACC动力结构相对松散。随着气候冷却和冰盖增强，西风带从南极向赤道方向迁移并增强，推动ACC强度增加。然而，进入早更新世，深度冷却和冰盖稳定带来的海洋结构变化使得ACC的响应发生转变，表现为流速下降的趋势。这一复杂过程受全球热带太平洋氛围、水文循环和南极冰盖反馈共同驱动。
研究还揭示，ACC强度变化影响南极西冰盖（WAIS）的稳定状态。在ACC较强时期，较多的暖水通过绕极流输送至冰架基部，促进冰盖底部的融化与退缩；反之，ACC减弱则有利于冰盖扩张。通过与ANDRILL项目冰盖沉积数据的比对，ACC峰值阶段普遍对应WAIS退缩，展现了环流-冰盖之间的时间协同性和因果联系。 对未来展望而言，科学家警示ACC流速的持续增强可能加剧极地暖化过程，进而影响全球气候系统稳定性及碳循环效率。ACC增加将改变南大洋的上升流速和营养物质循环，进而影响全球海洋生物生产力和二氧化碳吸收能力，对气候变化的负反馈或正反馈效应具有复杂潜在影响。 方法论上，研究采用了高分辨率X射线荧光核心扫描技术，结合可排序沥青质粒径比值（Zr/Rb）及其与底层水速的定量关系，实现了析出ACC强度变化的精细时空重建。
该技术通过剖析沉积物中细粒级组分的变异，推断海底水动力变化，是追踪远古海洋环流演变的有效手段。 此次研究填补了长期以来对于ACC千万年至百万年尺度强度变化理解的空白，同时为地球系统模型提供了宝贵的实证数据。南极绕极流作为全球气候系统的重要组成部分，其深远影响不仅局限于极地地区，更涉及全球能源与物质循环的平衡。深入理解其演变机制，有助于科学界更精准预测气候变化路径和海洋生态系统响应。 总结而言，五百万年的ACC强度变异展现出一个动态变化的气候与地球物理系统，经历了从普利奥世的强化到更新世的减弱的复杂过程，反映了地球轨道周期、大气环流重配置和冰盖演化的联动关系。ACC的未来演变同样值得关注，其变化不仅是全球变暖的敏感指示器，更是未来气候变化的驱动力量之一。
科学界亟需持续监控南极绕极流的动态，为全球应对气候变化构建科学基础和政策支持。
