揭开晚中新世南极绕极流的起源，来自晚中新世的见解
南极绕极流 (ACC) 在全球海洋环流和气候调节中发挥着至关重要的作用。它是环绕南极洲的主要海洋特征，连接大西洋、太平洋和印度洋。该洋流是全球翻转环流的关键组成部分，影响着全球的热量交换、营养物分布和气候模式。最近的研究揭示了现代 ACC 的起源，它出现在晚中新世（约 1400-800 万年前）。
晚中新世冷却
晚中新世时期（约 1400 万至 800 万年前）这一时期全球气温逐渐下降，最终导致南极洲出现大规模冰川。在晚中新世之前，南极洲比现在温暖得多，基本没有冰，该地区的气候比现在更温和。然而，在晚中新世，降温趋势加剧，导致极地冰盖的形成和海洋环流的重大转变。
影响此次降温的关键事件包括大气中二氧化碳水平的下降和地壳构造的变化。大约 2000 万年前开始的巴拿马地峡的最终闭合在改变海洋环流和促进 ACC 的发展方面发挥了重要作用。随着各大洲移动到目前的位置，南美洲和南极大陆变得更加孤立，促进了寒冷的高纬度环极洋流的形成。这次降温事件的标志是全球气温急剧变化，各种地质指标（如海洋沉积物和冰芯中的氧同位素比）都证明了这一点。
原始 ACC 可能在渐新世-中新世过渡期（约 2300-2400 万年前）出现，但直到晚中新世，全强度的现代 ACC 才建立起来。来自深海岩心的证据表明，随着冷却加剧，环极流逐渐从较弱的环极流过渡到更强大的系统。在渐新世和早中新世，南大洋环流以更分散的洋流为主。然而，随着南极冰盖开始扩大，冰盖变得越来越大，气候和海洋条件有利于建立强大、连续的环极流。
现代 ACC 发生背后的机制
晚中新世南极冰盖的扩张在现代 ACC 的形成中发挥了核心作用。随着冰盖的扩大，它改变了南大洋的水文状况，产生了更明显的淡水通量，影响了区域海洋环流。冰融化带来的淡水流入以及南极洲与较暖的海水的隔离有助于巩固环极洋流。
ACC 的发展也与南极冰架位置和大小的变化有关，这些冰架因降温而开始消退。这些变化改变了海平面，影响了南极冰盖本身的稳定性，进而影响了洋流。ACC 的形成有助于进一步孤立南极洲，维持大陆周围的寒冷海洋条件并支持冰盖的增长。
晚中新世的降温也是由大气和海洋变化共同推动的。大气中二氧化碳浓度的大幅下降被认为是全球降温趋势的原因之一，这主要是由地壳活动和碳循环引起的。随着二氧化碳水平下降，地球的辐射平衡发生了变化，导致气温下降，极地冰盖扩大。这种降温促进了强大的向南流动的洋流的形成，最终形成了现代的 ACC。
此外，德雷克海峡和白令海峡等海洋通道的变化在 ACC 的发展中发挥了重要作用。由于地壳运动，这些通道变宽，促进了水向南流动，这对推动 ACC 的发展起到了重要作用。
现代 ACC 的形成并不是一个单向过程，而是涉及冰盖、海洋环流和大气之间的复杂反馈。随着 ACC 的加强，它通过将南极洲与赤道地区较暖的水团隔离开来，加强了南大洋的冷却。这种反馈回路加剧了南极洲的冰川作用，并进一步加强了 ACC，促成了冷却和冰盖增长的自我延续循环。
新的研究发现
一项新的研究利用从西南太平洋和南印度洋采集的岩心沉积物样本。这些岩心包含宝贵的海洋沉积物记录，为了解过去的海洋状况提供了参考，包括数百万年来的洋流和温度变化。
研究人员利用钕同位素追踪过去的海洋水团，并利用可分类的淤泥记录来追踪水流的变化。这些替代指标有助于确定 ACC 的开始时间，并有助于重建晚中新世的海洋环流模式。该研究依靠沉积物中的钕同位素比来区分不同的海洋水团并了解洋流的演变。可分类淤泥（沉积物中粒度分布的量度）的使用有助于量化水流和洋流强度的变化，这对于追踪 ACC 的发展至关重要。
研究发现现代南极绕极流（我们今天所理解的）在晚中新世降温（约 1300 万至 1000 万年前）之前并不存在。在此之前，南大洋环流要弱得多，南极洲周围的连续流动较少。这一降温事件以南极冰盖的增长为标志，据信是引发 ACC 加速的原因。这股洋流的出现显著改变了南大洋的气候，形成了一道屏障，将南极洲隔离开来，并加剧了冰盖的增长，导致全球降温。
ACC 的出现与南极冰盖的扩张之间的联系。冰盖的增长被认为是ACC 形成的关键因素。通过将南极洲与较暖的洋流隔离开来，ACC 有助于冷却南大洋，从而在反馈回路中进一步促进冰盖的增长。这一过程可能有助于这一时期的全球整体降温。
研究还表明，海洋环流和气候动力学的变化是 ACC 形成不可或缺的一部分。ACC 的上升将加强经向（南北）温度梯度，促进南极洲周围海冰的形成。这种冷却将进一步影响全球气候模式，特别是全球翻转环流（海水从两极流向赤道，反之亦然），这与 ACC 的强度和路径密切相关。
该研究强调了ACC 的形成如何导致全球气候变化，特别是冰室条件的加深。
ACC 对全球气候的影响
现代 ACC 的出现对全球气候有着深远的影响。作为全球海洋传送带的主要组成部分，ACC 有助于重新分配热量并调节全球气候。ACC 促进了冷水从南大洋向北输送到赤道，从而影响了全球大气环流和降水模式。这种热量的重新分配有助于调节温度梯度，并促成了中新世时期的全球变冷趋势。
此外，ACC 的加强改变了全球翻转环流，而翻转环流负责海洋表面和深层之间的热交换。ACC 的发展有助于增强海洋的垂直分层，寒冷、稠密的海水在两极聚集，而较暖的海水则在赤道附近循环。这种转变导致了北半球的降温以及北极和南极地区冰盖的增长。
ACC 的加强也对海洋生态系统产生了重大影响。洋流在运输营养物质方面发挥了关键作用，支持了南大洋的高初级生产力。这反过来又影响了海洋物种的分布，并导致了独特的南极生态系统的演变。ACC 将南极洲隔离开来，也促进了适应南大洋极寒和高压条件的独特物种的发展。
ACC 形成引起的海洋环流变化也影响了生物地球化学循环，特别是碳和营养物质的循环。ACC 在调节海洋分层方面的作用有助于控制二氧化碳在海洋表面和深水之间的分布，这对地球的碳循环具有长期影响。
思考
南极冰盖的扩张如何直接影响ACC的形成和强度？现代 ACC 的形成对气候有何更广泛的影响？ACC在早期是如何演化的，以及它在晚中新世的区域变化是怎样的？ACC 的形成与其他主要洋流的发展（无论是在中新世还是在之后的时期）相比如何？
参考文献：Dimitris Evangelinos, Johan Etourneau, Tina van de Flierdt, Xavier Crosta, Catherine Jeandel, José-Abel Flores, David M. Harwood, Luis Valero, Emmanuelle Ducassou, Isabel Sauermilch, Andreas Klocker, Isabel Cacho, Leopoldo D. Pena, Katharina Kreissig, Mathieu Benoit, Moustafa Belhadj, Eduardo Paredes, Ester Garcia-Solsona, Adrián López-Quirós, Ariadna Salabarnada & Carlota Escutia ，Late Miocene onset of the modern Antarctic Circumpolar Current. Nature Geoscience volume 17, pages165–170 (2024)，doi.s41561-023-01356-3
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