南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）是全球范围内最大的海洋环流系统，其强大的东西向流动贯穿南极洲周围海域，连接了全球三大洋盆。作为全球气候调节的核心力量，ACC不仅影响海洋热量分布，还对全球碳循环和南极冰盖的稳定起到关键作用。2024年，科学团队通过国际海洋钻探计划（IODP）航次383获得的南太平洋沉积物数据，对ACC在过去五百万年中的强度变化展开了深入研究，揭示了这条“超级洋流”与地球气候演变之间错综复杂的联系。研究结果表明，ACC虽然受全球气温以及冰盖体积变化影响巨大，但其强度变动具有非线性且周期性的特点，这为我们理解海洋-大气系统互动及未来气候趋势提供了独特视角。 ACC的地位与功能不容忽视。作为全球南极圈海域的主导洋流，ACC将南大洋各水团间热量、盐度及养分进行有效交换，形成了一条贯穿深、中、浅层海洋的强大流带。
大气环流中的南半球西风带（Southern Westerly Winds，SWW）通过风应力作用推动ACC产生强劲的水体输送，同时，海洋深层地形对洋流产生斜压力，促进涡旋活动，形成复杂的洋流动力环境。这种风力、海洋密度梯度与地形共同作用形成了ACC的动态平衡，确保其在全球洋流系统的枢纽地位。 过去几十年来，由卫星遥感和近海观测资料发现，由于温室效应的影响，ACC在某些区域呈现加速趋势，特别是在南太平洋区域。温暖的洋流向南推进，增加了海洋热量的输送，间接影响南极冰架的融化。但这些短期变化能否反映出ACC长时间尺度的演变，尚需古海洋学数据予以验证。科学家通过钻取海底沉积物核样，利用可排序粉砂指标和元素地球化学特征重建了ACC的历史流速变迁，覆盖了从上新世晚期至现代的五百万年间隔。
此项研究以IODP 383航次在中央南太平洋钻取的两个主要海区站点Site U1540和Site U1541为核心，深水区均位于3500多米的水深。通过高分辨率X射线荧光（XRF）核心扫描技术获得锆（Zr）和铷（Rb）元素的比例，经过校准转化为泥沙中可排序粉砂的粒径变化，从而推断出海底水流速度的历时变化。研究发现，ACC强度没有呈现长时间的线性趋势惊人的是，这种强度变化在百万年尺度表现出一种反转特征：在上新世晚期-更新世早期的全球变冷事件中，ACC初期增强，随后伴随持续冷却又出现了减弱。这种变化反映了南大洋水体结构及风场再配置的转折点，也与北半球冰川的加强、南极冰盖体积膨胀紧密关联。 分析显示，ACC的强弱周期与地球轨道偏心率约40万年周期密切相关，尤其是通过南太平洋水汽输送及大气环流模式的调制影响西风带的强度和位置。这种影响还会带来气候系统的反馈，如在中更新世转换期（约1120万年前），ACC的加强明显伴随着大气中二氧化碳浓度的降低及硅酸盐矿物的沉积带向赤道方向移动，反映了海洋生产力和碳循环的复杂响应。
冰芯与海洋沉积的对比进一步印证了ACC不仅是气候变暖或变冷的传感器，也是驱动者之一。 在较短的冰期-间冰期周期中，沉积物数据显示冰期ACC流速比间冰期减弱30%至50%。不同纬度及纬线的沉积物记录还揭示ACC环流存在显著的区域以及南北方向的异质性。南极带（Antarctic Zone，AZ）显示了较为温和的流速变化，而亚南极带（Subantarctic Zone，SAZ）则表现出流速的较大波动及强烈响应。这种分布特征与ACC的多前线系统构造相符，表明冰期洋流减弱不仅是风力减弱的结果，也体现了海洋水体结构及海洋前线位置的波动。 此外，碳酸钙和硅藻泥的含量变动关系明确显示洋流强度与海洋生态系统的联动机制。
冰期硅藻成分普遍降低，反映上升流减弱及营养盐供应的变化，同时洋流的调整改变了海水中的铁营养物质分布和生物生产力。这不仅影响了碳泵过程，也间接影响全球大气中二氧化碳的浓度。 对ACC长达数百万年的演变洞察中，研究人员还观察到，强ACC期主要集中在比现代更温暖的地质时期，如上新世早期和间冰期超温暖阶段。强流时期的存在为当今及未来全球变暖背景下的ACC响应提供了古地理与古生态学的实证基础。温室气体浓度升高驱动下的ACC加速现象或将持续，这可能影响南极冰盖的稳定性，增强海洋中的热量分布和碳循环强度。 研究揭示了南极绕极流强度不仅受全球气候变化驱动，还受包括热带太平洋温度变化、亚洲季风强度调节在内的低纬度气候系统的影响。
太平洋区域的海洋环流与大气环流在长时间尺度上相互作用，形成多样的气候反馈机制，推动ACC的非线性演变。此项研究的多学科交叉和高分辨率数据连续性，突破了以往区域性限制和时间尺度局限，极大丰富了对全球气候系统耦合过程的认识。 总结来说，五百万年间的ACC强度变迁及其动力机制的揭示，为我们理解南极及全球气候体系的长期演变提供了重要的新视角。ACC不仅是全球气候调节器，更是连接极地与热带、海洋与大气的关键纽带。未来随着人类活动加剧对气候系统的影响日益明显，深入认识ACC的历史变化规律和驱动因素，有助于提高气候模型预测能力，支持全球气候政策决策。保护和维持海洋环流系统的稳定，对保障地球生态平衡和人类社会可持续发展具有不可替代的战略价值。
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