大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC）是全球海洋环流的重要组成部分，通过大尺度水体交换调节低纬—高纬之间的热量和盐分输送，对全球气候具有重要影响。传统观点认为，绕过非洲南端进入南大西洋的阿古拉斯泄漏（Agulhas Leakage，AL）能够将来自印度洋的暖、咸水输送至大西洋，并通过增加大西洋上层海水盐度促进“北大西洋深水”（North Atlantic Deep Water，NADW）形成（图1a）。因此，阿古拉斯泄漏被认为是影响 AMOC 强度及稳定性的重要环节。阿古拉斯泄漏主要由阿古拉斯流在非洲南端发生反曲时产生的大尺度中尺度涡旋和水体输送构成，其强度受到南半球西风带及南大洋亚热带锋（Subtropical Front，STF）位置变化的调控（图1b）。传统理论认为，南半球西风增强并向极地移动，可推动南极绕极流及 STF 南移，从而为印度洋水体绕过非洲南端进入南大西洋提供更宽阔的通道，增强阿古拉斯泄漏；反之，STF 北移则会限制这一跨洋盆水体交换。

然而，阿古拉斯泄漏究竟在多大程度上能够调控 AMOC，目前仍存在争议。近期针对现代气候背景的模式研究显示，即使人为增加约 10 Sv 的阿古拉斯泄漏，AMOC 增强幅度仍小于约 1.3 Sv，说明阿古拉斯泄漏与 AMOC 之间并不存在简单的线性响应关系，而且这种关系可能明显依赖于气候背景态。

近日，荷兰乌特勒支大学侯粟苧博士联合美国圣母大学、中国科学院地质与地球物理研究所等多家研究机构，通过综合古海洋代用指标和气候模式模拟，重建了约 360–258 万年前上新世晚期南大洋亚热带锋、阿古拉斯泄漏以及大西洋翻转环流的变化。研究发现，约 360–330 万年前，随着 STF 逐渐向北迁移，阿古拉斯泄漏的水体和盐分输入持续减弱，但 AMOC 却表现出增强趋势，揭示出上新世晚期阿古拉斯泄漏与 AMOC 之间显著的解耦关系。相关成果发表于 Nature Geoscience。

图1 大西洋经向翻转环流及阿古拉斯环流系统示意图

研究首先基于阿古拉斯海底高原 IODP Site U1475 沉积物中的甲藻孢囊组合，并结合烯酮不饱和度 () 和 基于古菌甘油二烷基甘油四醚（Glycerol dialkyl glycerol tetraether, GDGTs）的TEX₈₆等生物标志物温度指标，重建上新世晚期 STF 的纬向迁移。甲藻孢囊群落对不同海洋水团和锋面位置较为敏感，因此可以用于追踪 STF 的南北移动。结果显示，自约 340 万年前开始，STF 明显向北移动，并在 MIS M2 冰期达到研究时段内较偏北的位置。与此同时，阿古拉斯高原海表温度显著降低，冷水种甲藻孢囊增加，表明该区域受到更多亚极地水团影响（图2）。气候模式模拟进一步显示，相对于中上新世暖期（mid-Piacenzian Warm Period，mPWP），MIS M2 时期阿古拉斯区域海水温度和盐度均降低，南部本格拉区域风应力减弱，与代用指标所揭示的 STF 北移和阿古拉斯泄漏减弱一致。因此，多种独立证据共同表明，在 MIS M2 冰期形成过程中，印度洋暖、咸水通过阿古拉斯泄漏进入南大西洋的输送显著减少。

图2 上新世晚期南大洋亚热带锋迁移与阿古拉斯泄漏变化

按照经典的“盐分输入”机制，阿古拉斯泄漏减弱将减少进入南大西洋的盐分，并可能进一步削弱北大西洋深水形成及 AMOC。然而，大西洋不同纬度的古海洋记录显示出了与这一预期并不一致的变化。

研究人员进一步分析了墨西哥湾北部 ODP Site 625 的 () 和 TEX₈₆温度记录，并与赤道东大西洋 ODP Site 959 和阿古拉斯高原 Site U1475 的记录进行了比较。约 340 万年前开始，三个相距遥远的站点均出现温度记录明显分离的现象。结合现代水柱中GDGTs 的分布特征以及已有的有孔虫温度记录，研究认为这一同步变化反映了大西洋温跃层的大范围变浅。

大西洋温跃层浅化与深层翻转环流的变化密切相关。来自加勒比海等区域的沉积记录显示，MIS M2 时期北大西洋深水形成并未减弱，反而有所增强。模式结果与这一认识一致，MIS M2 实验中的 AMOC 约为 11.78 Sv，高于中上新世暖期实验的 10.94 Sv。与此同时，模式模拟显示大西洋上层约 500 m 范围内的暖水层明显变浅。因此，MIS M2 时期出现了一个关键的环流组合：阿古拉斯泄漏减弱，但大西洋深层翻转环流增强，并伴随着上层暖水层及温跃层浅化。

研究还发现，MIS M2 时期北大西洋流（North Atlantic Current，NAC）向高纬度的延伸范围有所收缩，但这并不意味着整个 AMOC 同步减弱（图3）。NAC 主要反映 AMOC 上层暖水向北输送的一部分，而 AMOC 本身还包括北大西洋深水形成及其向南输送的深层分支。模式结果表明，MIS M2 时期高纬北大西洋的环流结构发生明显调整，深水形成的位置及强度发生重新组织，从而使大西洋中低纬度的深层翻转反而增强（图3）。更重要的是，阿古拉斯泄漏与 AMOC 的解耦并不仅出现在 MIS M2 冰期峰值阶段。在 MIS M2 的冰消期，STF 再次向南移动，意味着阿古拉斯泄漏逐渐恢复，来自印度洋的暖、咸水重新进入南大西洋。然而，加勒比海盐度及 NADW 强度并没有表现出与阿古拉斯泄漏同步的明显响应。进入中上新世暖期后，STF位置进一步偏南，阿古拉斯泄漏处于较强状态，但 NADW 和 AMOC 也没有相应达到整个研究时段内的最强状态。

图3 上新世晚期阿古拉斯泄漏与大西洋环流重组机制示意图

由此可见，从 MIS M2 冰期、退冰期到中上新世暖期，STF 和阿古拉斯泄漏的变化与 AMOC 强度之间均不存在稳定的对应关系。那么，当来自阿古拉斯泄漏的盐分输入明显减少时，为何 AMOC 仍然能够维持甚至增强？

这一结果意味着，与来自南半球的远程盐分输送相比，北大西洋局地浮力条件和深水形成环境可能是控制这一时期 AMOC 的更直接因素。北大西洋高纬地区的淡水收支、海冰分布、表层海水密度以及北极—北大西洋海洋通道均可能显著改变深对流和深水形成。已有模式研究也指出，中上新世时期白令海峡、加拿大北极群岛等海洋通道状态能够通过调节北极向北大西洋的淡水输送，对 AMOC 产生显著影响。

该研究进一步指出，上新世晚期通过阿古拉斯泄漏进入南大西洋的水体可能只有一部分能够继续向北输送至加勒比海和北大西洋；另一方面，即使阿古拉斯泄漏产生盐度异常，其幅度和传播过程也未必足以主导北大西洋深水形成。因此，在这一特定气候背景下，阿古拉斯泄漏的变化并没有转化为对 AMOC 强度的直接控制。

研究由此对长期以来“阿古拉斯泄漏通过向大西洋输入盐分进而调控 AMOC”的经典认识提出了新的地质约束。研究并非否定阿古拉斯泄漏在现代海洋或第四纪冰期—间冰期变化中的作用，而是表明阿古拉斯泄漏与 AMOC 之间的耦合关系具有明显的气候背景态依赖性。不同气候状态下，控制 AMOC 的主导机制以及南北半球之间的环流联系可能发生显著变化。

主要参考文献

Bard E, Rickaby R E M. Migration of the subtropical front as a modulator of glacial climate. Nature, 2009, 460: 380–383.

Beal L M, De Ruijter W P M, Biastoch A, et al. On the role of the Agulhas system in ocean circulation and climate. Nature, 2011, 472: 429–436.

Caley T, Giraudeau J, Malaizé B，et al. Agulhas Leakage as a key process in the modes of Quaternary climate changes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012, 109: 6835–6839.

Tan N, Ramstein G, Dumas C, et al. Exploring the MIS M2 glaciation occurring during a warm and high atmospheric CO₂ Pliocene background climate. Earth and Planetary Science Letters, 2017, 472: 266–276.

Zhang R, Sun S, Chen Z, Wu L. Limited influence of the Agulhas Leakage on the Atlantic Meridional Overturning Circulation under present-day climate conditions. Communications Earth & Environment, 2025, 6: 1–8.

Hou S, Cartagena-Sierra A, Tan N, et al. Disconnection of the late Pliocene Agulhas Leakage from Atlantic Meridional Overturning Circulation. Nature Geoscience, 2026. (原文链接)

（撰稿：谭宁/环境演变与碳循环学科中心，侯粟苧/荷兰乌特勒支大学）

来源：中国科学院地质与地球物理研究所