近日，中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所研究員吳淑壯團(tuán)隊(duì)與國(guó)際合作者，研究揭示了南極繞極流強(qiáng)度在軌道時(shí)間尺度上呈現(xiàn)出顯著的緯向不對(duì)稱特征，并闡明了其背后的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。這一重要發(fā)現(xiàn)，將重塑人們對(duì)南極繞極流演變與南極冰蓋動(dòng)態(tài)變化、全球大洋環(huán)流及碳循環(huán)相互作用的傳統(tǒng)認(rèn)知。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-地球科學(xué)》。
南極繞極流作為地球上規(guī)模最大的洋流系統(tǒng)，在全球海洋物理、化學(xué)和生物特性的跨洋盆交換中發(fā)揮著核心作用。它不僅對(duì)全球大洋環(huán)流和氣候起著關(guān)鍵的調(diào)控作用，還與南極冰蓋的演變緊密相連。然而，在過去漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期中，南極繞極流的時(shí)空演化情況一直未能得到清晰、準(zhǔn)確的闡釋。傳統(tǒng)研究大多基于一個(gè)假設(shè)，即南極繞極流在南大洋跨洋盆間的變化是一致的。但現(xiàn)有的沉積記錄卻呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的演化過程——部分站點(diǎn)的沉積記錄顯示，冰期時(shí)洋流速度更強(qiáng)；而另一些站點(diǎn)的沉積記錄則表明，冰期時(shí)洋流速度更弱或變化甚微。
研究團(tuán)隊(duì)首先選取南印度洋六根海洋沉積巖芯（這些巖芯橫跨所有主要南大洋鋒面）作為研究對(duì)象，利用其中可分選粉砂組分平均粒徑作為近底流速的指標(biāo)，成功重建了南極繞極流強(qiáng)度的時(shí)空演變情況。研究結(jié)果顯示，在南大洋印度洋扇區(qū)，跨亞南極區(qū)、極鋒區(qū)與南極區(qū)的南極繞極流在軌道尺度上的變化具有一致性：冰期時(shí)其流速顯著增強(qiáng)，而間冰期時(shí)流速則較弱。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步整合了南大洋印度洋、大西洋和太平洋扇區(qū)已有的古洋流重建數(shù)據(jù)。通過深入分析，他們揭示了過去一百萬年來南極繞極流的演變存在軌道尺度上的反相位變化特征：在冰期和地軸傾角較小時(shí)期，印度洋扇區(qū)的南極繞極流增強(qiáng)，而南太平洋扇區(qū)則減弱；在間冰期和地軸傾角較大時(shí)期，二者的變化趨勢(shì)完全相反。結(jié)合沉積記錄與氣候模型模擬分析，研究團(tuán)隊(duì)深入解析了這一緯向不對(duì)稱變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，南極繞極流的時(shí)空演變可能受到南半球西風(fēng)帶的強(qiáng)度與位置、南大洋海冰覆蓋范圍、經(jīng)向密度梯度及洋流輻合等多因素的協(xié)同調(diào)控。
該研究成果具有深遠(yuǎn)的科學(xué)價(jià)值和重要的現(xiàn)實(shí)意義。在南極冰蓋穩(wěn)定性研究方面，間冰期印度洋和大西洋扇區(qū)的南極繞極流減弱，會(huì)減少暖性繞極深層水向東南極的南向輸送，有利于東南極冰蓋的穩(wěn)定發(fā)育；而同期南太平洋扇區(qū)的南極繞極流增強(qiáng)，則可能增加向西南極的熱輸送，促使繞極深層水侵入羅斯海和阿蒙森海，進(jìn)而可能導(dǎo)致西南極冰蓋退縮甚至崩解。
在碳循環(huán)研究方面，冰期太平洋扇區(qū)的南極繞極流減弱，跨洋盆交換受限，抑制了水團(tuán)的混合和上升流強(qiáng)度，促進(jìn)了海洋內(nèi)部對(duì)二氧化碳的封存；間冰期時(shí)該扇區(qū)洋流增強(qiáng)，跨洋盆交換加劇，則有利于封存的碳釋放到大氣中，導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度升高。這一機(jī)制也為未來氣候預(yù)測(cè)提供了重要的科學(xué)依據(jù)：盡管現(xiàn)代氣候的邊界條件與更新世存在差異，但未來南極繞極流的增強(qiáng)可能會(huì)提高跨洋盆交換效率，進(jìn)而降低南大洋對(duì)人為排放二氧化碳的碳匯效率。
《自然-地球科學(xué)》編輯James Super與英國(guó)南極調(diào)查局高級(jí)研究員張旭對(duì)該研究給予高度評(píng)價(jià)：該研究揭示了地球現(xiàn)存規(guī)模最大的洋流系統(tǒng)對(duì)氣候變化的復(fù)雜響應(yīng)機(jī)制。研究闡明海冰覆蓋范圍和大氣環(huán)流模式等當(dāng)下正發(fā)生快速變化的因素，其相互作用如何影響南極繞極流的位置與強(qiáng)度，為該領(lǐng)域開辟了重要的研究方向。
上述研究得到德國(guó)科學(xué)基金會(huì)、瑞士自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01901-2
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