南极环绕流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）是地球上规模最大的洋流系统，贯穿南极洲周围的南大洋，将大西洋、印度洋和太平洋连接成一个整体的环流系统。其不仅调节全球海洋热量和盐度分布，更深刻影响全球气候变化和南极冰盖的稳定。尽管过去几十年科学界对于ACC的现代动态已有较深入认识，其长远历史演变仍然充满不确定性。最新2024年的研究基于堆积于太平洋南部海洋深处的沉积物核心，首次系统揭示了过去五百万年间ACC强度的变迁及其背后的驱动机制，带给我们关于地球气候系统的全新理解。研究表明，ACC的强度变化并非沿着单一趋势发展，而是在不同地质时期经历了增长与衰退的复杂交替，这一过程与全球冰量变化、大气环流格局和天文轨道周期紧密相关。ACC自新近纪开始约530万年前便展现出明显的起伏特征。
研究中通过对沉积物中可排序粉砂的分析，科学家们能够间接推断出古深海底流速，从而还原不同历史时期ACC的强弱。数据表明，尽管全球气温经历了节节下降和冰期冰量的增加，ACC却并未出现简单的一致增强趋势。相反，在上新世晚期，由于全球气候逐步变冷，ACC强度持续增强，随后在早更新世随着进一步冷却出现减弱趋势。这一转折与南极区域海洋结构的重新配置密切相关，使得ACC对气候和海洋物理驱动因素的敏感性发生根本性变化。更引人注目的是，ACC的强度变化与地球轨道中的40万年偏心率周期表现出密切的联系。科学家们推测，这可能是由于偏心率变化影响了热带太平洋温度，进而调整了南太平洋高空喷流和南半球西风带的强度和位置，进而改变了ACC的动力学。
此外，南极环绕流在约120万年前的中更新世变迁期（Mid-Pleistocene Transition，MPT）表现出独特的新特征。这一时期，弱化的ACC流动与赤道方向迁移的放射藻沉积共同出现，并伴随着大气CO2浓度的下降和气候冷却，显示出ACC在调节大气碳循环方面的重要作用。分析还发现，不同季节和纬度区域的ACC强度在冰期与间冰期之间呈现复杂的变化模式，在亚极地区域冰期期间ACC流速显著减弱，而在间冰期则增强，且在南极区的变化幅度相对较小，表现出明显的纬向差异。这些空间异质性说明ACC不仅受全球气候大趋势影响，也受区域海洋-大气相互作用的制约。研究采用多点采样，穿越ACC不同前沿区域，包括亚南极区、极锋区和南极区，确保了对ACC整体流场变化的准确把握，同时排除了地形因素如东太平洋隆起对流速变化的过度影响。数据处理方法创新，利用X射线荧光光谱仪获取的Zr和Rb元素比率，通过严格校准与传统粒径测量方法相结合，反映沉积物可排序粉砂的粒径，从而合理估计了沉积场附近底层水流速度，为ACC强度变化提供了量化的物理基础。
研究揭示，在过去五百万年间，ACC经历多阶段强度高峰，尤其是在上新世早期和中更新世某些间冰期，热点事件如第31次海洋同位素阶段（MIS 31）期间强度达到当代水平的160%。这些强流期往往对应较温暖的全球气候状态以及西南风带的增强，呈现出气候变暖时ACC加强的趋势，并与南极西部冰盖的部分消退或不稳相伴。相反，冰期ACC减弱则可能促进海洋分层加剧和碳储存加深，有助于大气中CO2含量的降低，进一步推动全球气候系统进入冷期状态。值得注意的是，研究充分强调了ACC在全球洋流和碳循环中扮演的双向反馈角色。一方面，ACC强度受到气候系统中热带与高纬气候过程的影响，另一方面其力学变化反过来调控海洋中深水的形成和上升，影响全球碳的储存与释放。具体而言，ACC的增强带来更强的海水环流和深水上涌，可能导致温暖水体输送至南极大陆边缘，促进冰架融化与冰盖不稳定；而ACC减弱则可能限制这种热量输送，有利于冰盖稳定。
另外，气候模型与实地古环境数据结合，发现早期研究单纯依赖冰盖增长模拟ACC变化可能过于简化。实际观测中，ACC强度变化受到包括热带太平洋海表温度梯度变化、亚洲季风系统强弱和南极海冰扩展等多重机制协同作用，这些复杂的耦合关系在不同地质时期表现出不同特征。ACC的动力机制主要包括风应力驱动、海洋密度梯度和涡旋动态。南半球西风（Southern Westerly Winds）是驱动ACC的主要大气系统，调节Ekman输运导致的海水上下交换，以及沿途复杂地形如海底隆起产生的涡旋补偿作用。研究指出，风与密度作用在不同时间尺度上的交互对长期ACC强度控制起决定性作用，其变化也调节了南大洋上层水团结构和生物生产力，间接影响全球碳循环与气候。对未来而言，过去五百万年ACC在气候变暖期内流速增强的史实为当前和未来全球变暖背景下ACC可能加速提供了证据支持。
ACC加速可能导致南极大陆架附近暖水输送加强，引发冰川融化加剧，同时对大规模洋流热量和碳汇功能产生深远影响，值得全球气候科学界高度关注。通过对历史深海沉积物立体多点连续研究，科学家们不仅丰富了对ACC历史演变的认知，也为多尺度气候模型提供了宝贵校核基线，推动对全球气候变化复杂机制的深入理解。总之，南极环绕流强度的五百万年演变记录揭示了海洋环流作为连接热带、亚极地及极地气候系统的关键枢纽，其复杂的驱动机制既涵盖大气环流波动、轨道天文节律，也涉及海洋物理过程和生物地球化学反馈。未来研究需进一步整合多学科数据，深化对ACC与全球气候交互机制的认识，为预测南极及全球气候走向提供科学依据。随着全球气候变暖加快，ACC的未来变化将成为影响海洋生态系统、大气碳浓度及极地冰盖演变的重要因素，深入了解其长期趋势和短期波动对于应对气候变化挑战意义重大。
