南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）作为世界上最大、最强劲的洋流系统，扮演着连接全球三大洋盆的重要角色，对全球大洋环流、气候系统乃至南极冰盖的稳定性均有关键影响。2024年3月发表在《自然》杂志上的关于南极绕极流强度五百万年来变化的最新研究，以第五纪大洋沉积岩为基础，通过丰富的高解析度沉积记录，揭示了ACC强度的长期变化趋势及其背后的复杂驱动力机制。本文将带领读者深入了解ACC演变的科学发现，以及其对全球气候系统与未来气候变化的启示。南极绕极流的形成与现代动态南极绕极流是南大洋环绕南极大陆的唯一强劲且持续的洋流系统，其东向流速平均达到数十厘米每秒，甚至更高，贯通印度洋、大西洋和太平洋。ACC不仅直接影响热量和物质的交换，还通过与大气系统的相互作用，调节全球气候。其流速与位置主要受南半球西风带（Southern Westerly Winds，SWW）、海洋密度梯度及海底地形的共同影响。
SWW驱动表层水向北输送，产生Ekman输送，伴随着上升流和下沉流过程，整体推动地转流，形成ACC强劲的环绕流。海洋密度差异和海底起伏进一步塑造ACC的多种分支与海洋锋面，稳定洋流路径并引发强烈的涡旋活动，增强垂直混合和物质输送。ACC与全球气候系统的传统认知与新发现过去的研究多基于冰芯、沉积物和模型推断，显示南极绕极流在冰期与间冰期间存在流速变化，且其强度及位置与大气CO2浓度及冰盖大小有关。然而，长期的ACC演变历史知之甚少，尤其是Plio-Pleistocene时期强度变化的连续记录缺乏限制，限制了对其气候反馈机制的完整理解。借助国际大洋发现计划（IODP）383航次中在南太平洋中心段获取的多套沉积记录，结合多种地球化学和粒径分析，研究团队得以首次重建过去530万年以来南极绕极流的流强演变，揭示关键信号。五百万年的流强变化与气候事件ACC流强变化并非简单的线性趋势。
研究发现，Pliocene（约530万年至300万年前）期间，随着全球气温逐渐下降，ACC流强整体呈上升趋势，这与海洋大气的温度梯度增强、SWW加强密切相关。此后，在随后的早期更新世阶段，虽然全球气温和冰盖体积持续扩大，但ACC流强反而出现下降，形成百万年以上的长期反转态势。这种趋势的转折发生在强化北半球冰川事件（intensification of Northern Hemisphere Glaciation，iNHG）期间，伴随着南大洋系统重新配置和冰盖显著增长。研究指出，这一变化背后可能是南极近岸海冰扩展导致浮力驱动密度梯度变化，使大洋动力结构和ACC对大气及海洋动力响应方式发生根本调整。区域空间异质性及周边海洋环流影响沉积记录显示，在过去35万年中，从北到南跨越ACC的不同测点均显示冰期流强减弱、间冰期流强增强的通用特征，且变化幅度随着纬度有所区别。南极绕极流主体区域——亚南极区（Subantarctic Zone，SAZ）在冰期流强减少幅度最大，北侧的极锋区（Polar Frontal Zone，PFZ）则相对温和，南侧的南极区（Antarctic Zone，AZ）波动幅度最低。
这提示ACC流强变化具有明显的纬向和经向结构，反映出流体动力及洋流锋面移动的共同效应。软粒径和Zr/Rb比率：流速变化的高灵敏度代理技术本研究通过可排序粉砂（sortable silt）粒径平均值及锆（Zr）与铷（Rb）元素比值的高分辨率X射线荧光光谱分析，建立了流速与沉积粒径变化的定量关系。此方法高度敏感于近底部水流强度变化，长时间尺度内代表水柱整体运动强度。通过严格的校准与多点对比，确保了沉积物中矿物颗粒尺寸与ACC流速之间的线性关系，为重建远古洋流提供了坚实证据支撑。轨道周期与气候调控：400千年规模的惯例变异研究还发现ACC强度显著受地球轨道偏心率约40万年周期的调控，进而影响了热带太平洋及南太平洋喷射气流的位置和强度，塑造了与亚洲季风强度密切相关的遥相关机制。中期更新世转型（MPT）前后，ACC强弱与大气CO2浓度之间出现了持久联动关系。
弱流期对应于较低CO2水平及向赤道方向推进的硅藻沉积带，反映南极绕极流、生物地球化学循环与全球气候的深刻耦合。冰盖联系及现代气候启示论文进一步指出ACC流强在冷暖循环中的作用对西南极冰盖（West Antarctic Ice Sheet，WAIS）调节具重要意义。早期和中期Pliocene期间流强增强常伴随着WAIS退缩，而流强减弱则对应冰盖扩展。部分超级间冰期如MIS 11同时触及极强ACC流动和潜在的WAIS大规模退缩，表明洋流动力对冰盖稳定性的可能推动作用。此外，现代观测显示受温室气体影响，ACC流速正呈现加速趋势，类似于过去温暖期客观存在的加速现象，预示未来全球变暖或将持续推动南极绕极流增强，影响全球热量输送及碳循环机制。未来研究展望南极绕极流作为全球气候系统的“发动机”，其多百万年的演化丰富了对气候系统非线性反馈与机制的理解。
该研究打破了传统单调线性演变假设，揭示ACC与轨道、气候、冰盖及大气环流间高度复杂的耦合关系。未来结合更全面的多区域数据、数值模拟与对比分析，将进一步厘清ACC对未来气候变化的反馈路径，助力全球气候预测模型的优化与科学政策制定。综上，2024年的该项研究不仅为古环境解析提供了坚实基础，也为理解大洋动力与气候系统互动的宏观规律贡献了重要科学视角。随着气候危机的加剧，ACC的演化动态为人类应对全球变暖敲响警钟，彰显了加强极地科学研究的重要性。
