南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，简称ACC）是世界上规模最大的海洋环流系统，它环绕南极大陆，连接了全球三个主要洋盆。ACC不仅深刻影响着全球洋流循环，还在调节全球气候以及南极冰盖稳定中扮演着至关重要的角色。近期发表于2024年《自然》杂志的一项研究，综合了来自南太平洋多个深海采样点的沉积物数据，全面重构了过去五百万年来ACC强度的变化轨迹，揭示出其非线性演化规律及其与全球气候系统的复杂互动。 ACC流速的变化到底意味着什么？简言之，ACC通过连接深层和表层海水，控制着海洋的温盐结构和大气二氧化碳的循环。强劲的ACC能够促进深层水上升和水体混合，直接影响着全球碳的储存与释放机制。该项研究利用高分辨率的可排序粉砂（sortable silt）粒径代理重建水流速度，以此推断ACC的历史强度。
这种方法利用锆（Zr）与铷（Rb）元素的X射线荧光比值为基础，通过区域性校准关联粒径和水流速度，确保了重建的准确性。 历史数据展现出ACC强度在过去五百万年中并未沿着全球气温持续降温的轨迹单调变化，反而在百万年尺度上发生了明显的强度逆转。具体来说，早期的渐新世到中期时期，ACC强度随着全球降温呈现上升趋势，这与当时赤道至极地的温差加大及南半球西风带的增强相呼应。当南极冰盖开始加速扩张，特别是大约330万年前北半球冰盖显著增长阶段（即所谓的北半球冰盖加强期，iNHG），ACC的变化轨迹开始反转，强度逐渐减弱。这一转变反映了南极及周边海域密度梯度的重新配置，从而改变了ACC对大气环流和海洋浮力变化的响应机制。 ACC强度的波动还与地球轨道参数产生的周期性变化高度相关。
研究指出，约40万年的偏心率周期对ACC的影响尤为显著，可能通过调节热带太平洋温度和南太平洋喷射流的变化影响南半球西风带，从而间接驱动ACC强度的周期性波动。这种轨道强迫机制为解释过去气候周期提供了重要线索，表明ACC与地球气候系统的耦合不仅体现在同步的温度和冰盖变迁，更深层次地关联于大气环流的动态变化。 此外，海洋中的硅藻产量或叫生物硅的沉积变化成为 ACC前缘与南极海洋边界前沿变动的另一重要指标。沉积层中硅藻含量的增加常常对应于海洋水体的上升流增强，富营养化现象明显。研究表明，ACC变弱时期，硅藻的沉积表现为赤道方向的移动，反映了海洋环流系统及其生物地球化学循环格局的重组。这种生物地球化学信号的空间转变不仅限制了海洋生态系统的分布，还影响了全球碳循环和大气二氧化碳浓度的变化。
现今，南极绕极流受大气风场、特别是南半球西风带的驱动与调节，其变化已在现代观测中被证实加速，尤其是在全球变暖影响下的亚南极区域。这种趋势可能进一步促进热量的向北传输，加剧副热带海洋环流的变化以及极地冰盖的消退风险。本文记录的历史ACC强度峰值恰好出现在比现代气候更温暖的时期，暗示未来气候继续变暖环境下，ACC流速可能进一步增强，进而影响全球气候稳定性以及南极冰盖的动态平衡。 通过国际海洋发现计划（IODP）383航次的两个关键采样点数据，科学家们得以连续追踪ACC强度演变，填补了前人对Pliocene时期ACC强度记录的缺失，同时通过对南太平洋多个采样点的横向对比，确认了整个流域ACC的共变规律。研究更指出，北极冰盖的扩张与南极绕极流之间存在复杂的相互作用，一方面冰盖扩张改变海洋密度结构，影响海流动力学；另一方面强劲的ACC水流则通过向南输送暖水，调节冰盖的海洋边界条件，影响冰盖消融和稳定过程。 这种互致的反馈机制进一步揭示了全球气候演变的非线性复杂性。
来自本文的研究成果不仅为科学家理解古气候和现代海洋系统提供了新数据，也为全球气候模型的未来模拟提供了宝贵的经验基础。尤其是在当前全球气温快速升高的背景下，这些历史记录警示我们ACC与南极冰盖的联动可能加剧极地和全球气候的剧烈变动。 总而言之，五百万年的南极绕极流强度变化史是一幅反映地球大气-海洋耦合系统演进的巨大历史画卷。其间的强弱交替不仅影响了南极海洋生态系统及全球碳循环，还深刻牵动着全球气候模式的重整。未来的研究将致力于通过更加精细的地质样本分析和气候模拟，进一步解码ACC的动力机制及其在气候变化中的作用，从而为全球环境治理和气候预测贡献科学力量。
