79 万年！探秘合恩角洋流千年尺度变化及其半球间联系，解锁气候演变密码

为探究南极绕极流（ACC）千年尺度变化机制及对全球气候影响，研究人员分析国际大洋发现计划（IODP）Site U1542 沉积物记录。结果显示，过去 79 万年合恩角洋流（CHC）有明显千年尺度变化，且与北大西洋气候波动相关，还影响大气 CO2 水平，对理解气候系统意义重大。

　　在地球气候的漫长演变历程中，南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，ACC）宛如一位神秘的幕后操纵者，对全球气候有着举足轻重的影响。它的强度和位置发生的千年尺度变化，深刻地作用于全球经向翻转环流以及海洋碳循环。然而，由于缺乏能覆盖多个冰期 - 间冰期循环且具有千年尺度分辨率的沉积物记录，科学界对这些变化的内在机制认知尚浅。就像在黑暗中摸索，仅能看到零散的微光，却难以拼凑出完整的图像。为了打破这一困境，深入揭示气候演变的奥秘，Alfred - Wegener - Institute 等研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于合恩角洋流（Cape Horn Current，CHC），这一作为亚南极 ACC 系统一部分、沿着智利海岸流动的洋流，期望从中找到解开气候谜题的关键线索。
研究人员通过分析国际大洋发现计划（International Ocean Discovery Program，IODP）Site U1542 的沉积物记录，重建了过去 79 万年的海表温度（Sea Surface Temperature，SST）和近底层洋流强度。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解地球气候的演变提供了全新的视角。
在技术方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：一是对沉积物进行稳定氧分析，通过测定底栖有孔虫的稳定氧（δ¹⁸O）同位素，获取过去海洋环境变化的信息；二是进行生物标志物分析，利用烯酮来重建海表温度，烯酮是一种对温度敏感的生物标志物，其含量和组成能够反映当时的海表温度情况；三是运用 X 射线荧光（XRF）扫描获得地球化学数据，用于分析沉积物的元素组成，进而推断洋流强度的变化；四是采用粒度测量和流速重建技术，通过分析沉积物粒度特征来评估近底层流速变化。
研究结果如下：

• SST 和 CHC 强度重建：在智利南部边缘，全新世早期 SST 可达约 11.5°C，晚期逐渐降至约 9.6°C。过去 79 万年，SST 在末次冰盛期（Last Glacial Maximum，LGM）约为 3°C，在某些间冰期则超过 12°C。CHC 强度在全新世、间冰期 MIS 5、7、9、11 和 15 较高，冰期则显著降低。并且，SST 和 CHC 强度在千年尺度上都呈现出明显的变化。这表明智利南部边缘对古海洋环境变化十分敏感，为研究南半球在冰期 - 间冰期循环中的千年尺度变化提供了独特视角。
• 东太平洋敏感性分析：Site U1542 的 SST 记录在偏心率（100 - kyr）频段显示出主导的频谱功率，同时在岁差（23 - 19 - kyr）和倾斜度（41 - kyr）频段也有小幅度的频谱峰值。CHC 强度和 SST 在冰期 - 间冰期时间尺度上变化趋势一致，间冰期时 CHC 强度增强、SST 升高，冰期时则相反。但在 MIS 2 和 8 期间，出现了长期冷却与 CHC 增强同时发生的现象，不过这种变化只影响轨道尺度的变异性和趋势，不影响千年尺度。这说明东太平洋对轨道和千年尺度的气候变化具有独特的敏感性，CHC 的变化与 ACC 以及低纬度强迫存在关联。
• 南半球千年尺度变化特征：通过阈值检测方法，研究人员在 SST 和 CHC 强度记录中识别出了气候事件。这些事件常发生在相对特定的 SST 和 CHC 强度范围内，且在末次冰期，CHC 加速常与 SST 变暖同时出现。此外，事件的频率似乎遵循随机模式，在中布容转换（Mid - Brunhes Transition，MBT）之后，千年尺度变暖事件的复发率略有增加。这表明 CHC 在中间气候状态下对气候的敏感性增强，且 MBT 对气候变异性的影响从轨道尺度延伸到了千年尺度。
• 半球间遥相关分析：过去冰期，东太平洋 SST 记录与南极温度重建相符，且与西南太平洋 Mg/Ca SST 记录在时间和幅度上一致，同时与北大西洋记录存在关联。通过对比 Site U1542 和位于北大西洋伊比利亚边缘的 Site U1385 的记录，发现两个记录在事件幅度和数量上具有相似性，且在 MBT 之后，幅度和复发时间都有所增强。这进一步证实了南北半球在轨道和千年时间尺度上存在强烈的气候联系。
• ACC 在 CO₂交换中的作用：ACC 强度变化与大气 CO₂变化存在关联，CHC 加强事件与大气 CO₂释放事件在数量级上相近，且两者变化幅度似乎呈正相关。这表明 ACC 的波动在增强南大洋表层与深层水交换以及相应的 CO₂释放方面发挥了重要作用。
  研究结论和讨论部分指出，Site U1542 的研究为我们提供了过去 79 万年 CHC 千年尺度变化的详细信息，证实了过去冰期循环中千年尺度变化的持续性，且这种变化代表了更广泛的南半球变化。与北半球记录的对比表明，末次冰期观察到的半球间动力学在更新世一直存在。CHC 强度记录支持了 ACC 在促进南大洋盆地间水体交换和影响大气 CO₂水平方面的重要作用。这些发现与当代观测到的在人为气候强迫下南大洋变暖加速以及 AMOC 减弱的现象相契合，对于我们理解当前气候变化的背景和未来趋势具有重要意义，为后续的气候研究提供了关键的参考依据，有助于我们更好地预测和应对气候变化带来的挑战。