晚中新世以来南太平洋海表温度与全球海洋环流变化的关联机制研究

本研究通过分析IODP U1543和U1541站点的沉积记录，揭示了晚中新世以来南太平洋海表温度(SSTUK'37)与南极绕极流(ACC)强度的400 kyr偏心率周期耦合规律。团队发现上新世ACC增强期伴随CO2释放和碳酸盐保存增加，而北半球冰川作用强化期(iNHG)出现南大洋异常变暖，提出太平洋-大西洋经向翻转流(AMOC)减弱的新机制，为理解地质历史时期碳循环与气候反馈提供关键证据。

　　

地球气候系统自晚中新世以来经历了深刻变革，其中最引人注目的是南北半球高纬度地区高达15°C的降温事件。然而，这种长期冷却趋势被间歇性变暖打断，特别是上新世期间出现的全球温度逆转现象。作为热量和碳分配的关键载体，经向翻转流(MOC)及其核心组分南极绕极流(ACC)的演化历史，成为解码这些气候变化机制的核心密码。但长期以来，科学家们对南太平洋温度变化与ACC动力学的关系，以及它们如何通过碳循环反馈影响全球气候仍缺乏系统认知。

德国阿尔弗雷德·魏格纳研究所(AWI)领衔的国际团队在《Nature Communications》发表的研究，通过分析国际大洋发现计划(IODP)383航次在南太平洋获取的沉积岩芯，首次构建了800万年来南太平洋海表温度与ACC强度的关联图谱。研究人员采用多指标联合作战：利用长链烯酮指标(SST_UK'37)重建海表温度变化，通过沉积物锆铷比(Zr/Rb)反演ACC强度，并结合碳酸钙(CaCO₃)含量评估深海通风状况。这些高分辨率记录揭示了气候系统运作的新规律。

温度变率
研究显示晚中新世冷却期(7.8-6.0 Ma)南太平洋东部(ESP)降温达9°C，而上新世中期(3.7 Ma)出现异常寒冷事件，温度比现代低2°C。最令人意外的是在北半球冰川作用强化期(iNHG, 3.0-2.3 Ma)，当北半球急剧变冷时，南太平洋却出现持续7°C的显著升温，这种"跷跷板"式温度变化暗示着两极气候的紧密耦合。

环流变化
ACC强度呈现明显的400 kyr偏心率周期，上新世暖期强度可达现代值的160%。研究发现当赤道-极地温度梯度增大时，西风带增强并推动ACC北移，这与南大洋正反馈循环理论相符。碳酸盐保存记录揭示了一个关键现象：与晚更新世冰期溶解不同，上新世寒冷阶段反而出现CaCO₃保存高峰，指示当时深海通风增强和CO₂释放。

碳循环关联
研究提出"双太平洋"调控假说：当南、北太平洋同时增强经向温度梯度时，会激活太平洋经向翻转流(PMOC)与ACC的协同作用，形成从深海到大气的高效碳释放通道。这一机制解释了上新世大气CO₂浓度的高频波动。而在iNHG期间，南极冰盖融水可能通过削弱德雷克海峡水交换，间接导致AMOC减弱，最终触发北半球冰川发育。

这项研究突破了传统冰期间冰期研究范式，首次在轨道尺度上建立了南太平洋温度场、环流场与碳循环的定量关系。其揭示的400 kyr气候周期规律，为预测当代全球变暖背景下南大洋的响应提供了地质参照。特别是发现ACC强度与CO₂释放的非线性关系，对完善气候模型中的碳循环参数化具有重要价值。该成果也提示，未来南极冰盖消融可能通过类似iNHG时期的机制，对全球海洋环流产生深远影响。