Cá voi sát thủ (Orcinus orca) đang săn bắt một con hải cẩu Weddell ở Nam Đại Dương.

Nhiều loài động vật biển khác nhau tồn tại và dựa trực tiếp hay gián tiếp vào thực vật phù du ở Nam Đại Dương. Các loài động vật biển Nam Cực gồm có chim cánh cụt, cá voi xanh, cá voi sát thủ, mực khổng lồ và hải cẩu lông mao. Chim cánh cụt hoàng đế là loại chim cánh cụt duy nhất sinh sản vào mùa đông ở châu Nam Cực, trong khi chim cánh cụt Adélie sinh sản ở vùng xa về phía nam hơn bất kỳ loại chim cánh cụt nào khác. Chim cánh cụt Rockhopper có đôi mắt màu đỏ, lông mày vàng, mỏ màu cam cùng những chiếc lông nhọn trên đầu. Cánh cụt vua, quai mũ, và Gentoo cũng sinh sản ở vùng Nam Cực.

Vào thế kỷ 18 và 19, hải cẩu lông mao Nam Cực bị các nước Mỹ và Anh săn bắt rất nhiều để lấy da. Hải cẩu Weddell, một loại "hải cẩu thực sự", được đặt theo tên của Sir James Weddell, trưởng đoàn thám hiểm săn hải cẩu người Anh ở biển Weddell. Moi lân Nam Cực thường tập hợp thành bầy lớn là loài chủ chốt của hệ sinh thái Nam Đại Dương đồng thời là nguồn thức ăn quan trọng cho cá voi, hải cẩu, mực, cá (notothenioidei), chim cánh cụt, hải âu mày đen và nhiều loài chim khác.[51]

Cộng đồng sinh vật dưới đáy biển Nam Đại Dương phong phú và đông đúc. Do môi trường đáy biển rất tương đồng khắp quanh vùng Nam Cực, có thể tìm thấy hàng trăm loài ở mọi hướng quanh lục địa, phổ biến còn có những loài vật khổng lồ sống ở vùng nước sâu.[52]

Một cuộc điều tra sự sống dưới biển với sự tham gia của khoảng 500 nhà nghiên cứu được tiến hành trong năm địa cực quốc tế đã tiết lộ một số kết quả đáng chú ý. Có hơn 235 sinh vật biển sống ở cả hai vùng cực; một số loại động vật biển có vú và chim thực hiện những chuyến hành trình khứ hồi thường niên. Đáng ngạc nhiên hơn là những dạng sống nhỏ như hải sâm và các loài sên bơi tự do cũng được tìm thấy ở cả hai đại dương vùng cực. Những nhân tố khác nhau có thể hỗ trợ cho sự phân bố của chúng như: nhiệt độ nước ở dưới sâu là khá đồng nhất giữa các vùng cực và xích đạo với mức chênh lệch không quá 5 °C và những hệ thống hải lưu lớn hay "băng tải dưới biển" đã vận chuyển trứng và ấu trùng.[53]

Một con Diomedea exulans (hải âu cánh trắng) ở Nam Georgia

Các loài chim

Vùng bờ biển nhiều đá của lục địa Nam Cực cùng những hòn đảo ngoài khơi cung cấp không gian cư ngụ, làm tổ cho hơn 100 triệu con chim vào mỗi mùa xuân. Có thể kể ra một vài loài như hải âu mày đen, petrel, chim cướp biển, mòng biển và họ nhàn.[54] Anthus antarcticus chuyên ăn sâu bọ là loài đặc hữu của nhóm đảo Nam Georgia và một số hòn đảo nhỏ xung quanh. Những con vịt nước ngọt cũng cư ngụ tại Nam Georgia và quần đảo Kerguelen.[55]

Tất cả những con chim cánh cụt không bay được đều hiện diện ở Nam bán cầu với khu vực tập trung đông nhất là tại hoặc xung quanh châu Nam Cực. Bốn trong số 18 loài chim cánh cụt sống và sinh sản ở lục địa Nam Cực và những hòn đảo ngoài khơi gần đó. Bốn loài khác sống trên những hòn đảo tọa lạc ở vùng cận Nam Cực.[56] Chim cánh cụt hoàng đế có bộ lông bốn lớp dày giúp giữ ấm cơ thể. Chúng là loài động vật duy nhất ở vùng Nam Cực sinh sản trong mùa đông.[57]

Một con cá thuộc phân bộ Notothenioidei.

Cá

Có rất ít loài cá sinh sống ở Nam Đại Dương. Họ Channichthyidae, hay còn gọi là cá máu trắng, duy nhất phát hiện thấy ở đại dương này. Sở dĩ có tên cá máu trắng là do trong máu của chúng thiếu hemoglobin (huyết sắc tố), hệ quả làm máu trở nên không màu. Champsocephalus gunnari, một loài thuộc họ Channichthyidae, là một trong những loài cá phổ biến nhất ở vùng nước ven bờ có độ sâu nhỏ hơn 400 mét (1.312 ft); tuy nhiên chúng từng bị đánh bắt quá mức trong những thập niên 1970 và 1980. Những bầy cá băng (Notothenioidei) dành cả ngày dưới đáy biển, đến đêm thì chúng ngoi lên tầng nước cao hơn để ăn phiêu sinh vật và các loài cá nhỏ.[58]

Chi Dissostichus có hai loài, Dissostichus mawsoni và Dissostichus eleginoides. Cả hai sống ở dưới đáy có độ sâu dao động từ 100–3.000 m (328–9.843 ft) và có thể sinh trưởng tới chiều dài 2 m (7 ft), cân nặng 100 kg (220 lb) cùng tuổi thọ 45 năm. Trong khi loài Dissostichus mawsoni sống gần lục địa Nam Cực thì loài Dissostichus eleginoides lại sống ở vùng nước cận Nam Cực tương đối ấm hơn. Để đối phó với nhiệt độ nước biển thấp quanh lục địa Nam Cực, loài Dissostichus mawsoni sở hữu protein chống đông trong máu và mô. Đây đều là những loài cá có giá trị thương mại và việc đánh bắt quá mức bất hợp pháp đã khiến số lượng của chúng giảm xuống.[58]

Một nhóm cá phong phú khác là chi Notothenia, những loài thuộc chi này cũng sở hữu protein chống đông trong cơ thể như Dissostichus mawsoni.[58]

Hải cẩu Weddell (Leptonychotes weddellii), loài động vật có vú có phạm vi phân bổ xa về phía nam nhất.

Động vật có vú

Có bảy loài động vật chân màng cư ngụ ở châu Nam Cực. Lớn nhất là chi Hải tượng (Mirounga leonina), những loài thuộc chi này có thể nặng tới 4 tấn (8.818 lb), trong khi những con cái của loài nhỏ nhất, hải cẩu lông mao Nam Cực (Arctocephalus gazella), có cân nặng chỉ 150 kg (331 lb). Hai loại này sống ở phía bắc vùng nước đóng băng và sinh sản trên bãi biển với số lượng mỗi nhóm tầm một hai con đực và nhiều con cái. Có bốn loài khác có thể sống trên lớp băng bề mặt biển. Hải cẩu ăn cua (Lobodon carcinophagus) và hải cẩu Weddell (Leptonychotes weddellii) sinh sản theo bầy đàn còn hải cẩu báo và (Hydrurga leptonyx) hải cẩu Ross (Ommatophoca rossii) sống đơn độc. Hải cẩu sinh sản trên băng hoặc trên đất liền, còn lại chúng dành phần lớn thời gian hoạt động và săn mồi dưới lớp băng biển, trong nước tương đối ấm có nhiệt độ ổn định dao động nhỏ ở khoảng gần 1 °C.[59]

Bốn loại hải cẩu cư ngụ trên những khối băng quanh châu Nam Cực được cho là chiếm khoảng 50% hoặc hơn tổng số hải cẩu trên thế giới.[60] Với số lượng khoảng 15 triệu con, hải cẩu ăn của là một trong số những loài động vật đông nhất trên hành tinh.[61] Sư tử biển New Zealand (Phocarctos hookeri), một trong những loài động vật chân màng hiếm nhất và phân bổ hẹp nhất, hầu như chỉ sinh sản ở quần đảo Auckland thuộc vùng cận Nam Cực, dù phạm vi phân bổ của chúng từng là rộng hơn.[62] Hải cẩu Weddell sinh sống ở vùng xa về phía nam nhất trong số tất cả các loài có vú cố định nơi đây.[63]

Có 10 loài thuộc bộ cá voi được tìm thấy ở Nam Đại Dương, sáu thuộc phân bộ cá voi tấm sừng hàm và bốn thuộc phân bộ cá voi có răng. Loài lớn nhất trong số này là cá voi xanh (Balaenoptera musculus) với chiều dài khoảng 30 m (98 ft) và cân nặng 173 tấn. Phần lớn trong số này là loài di trú, chúng di chuyển tới vùng biển nhiệt đới trong quãng thời gian mùa đông ở vùng Nam Cực.[64]

Moi lân Nam Cực (Euphausia superba) là một loài chủ chốt trong mạng lưới thức ăn.

Động vật chân khớp

Con người đã tìm thấy năm loài moi lân, những sinh vật giáp xác nhỏ bơi tự do, ở Nam Đại Dương.[65] Moi lân Nam Cực (Euphausia superba) là một trong số những loài động vật dồi dào nhất trên Trái Đất với tổng trọng lượng (sinh khối) cỡ khoảng 500 triệu tấn. Mỗi cá thể của loài này dài 6 cm (2,4 in) và nặng 1 gram (0,035 oz).[66] Những bầy moi lân với mật độ 30.000 cá thể trên một m3 (35 ft m3) có thể trải dài hàng km và làm nước biển chuyển màu đỏ.[65] Ban ngày chúng thường ở dưới sâu, tới ban đêm thì ngoi lên để ăn phiêu sinh vật. Sự tồn vong của rất nhiều loài động vật lớn phụ thuộc vào moi lân.[66] Vào mùa đông khi mà thức ăn trở nên khan hiếm, moi lân Nam Cực trưởng thành có thể quay trở lại giai đoạn chưa trưởng thành, dùng chính cơ thể bản thân làm nguồn dinh dưỡng.[65]

Nhiều loài giáp xác sống dưới đáy có chu kỳ sinh sản không theo mùa. Glyptonotus antarcticus là một loài giáp xác chân đều sống dưới đáy lớn bất thường, đạt tới chiều dài 20 cm (8 in) và cân nặng 70 gram (2,47 oz). Các loài thuộc bộ Amphipoda (động vật chân sóng bên) tập trung ở các lớp trầm tích mềm và ăn nhiều loại thức ăn từ tảo cho tới những loại động vật khác.[52]

Nhện biển là một nhóm động vật thường gặp. Những loài này di chuyển chậm, đôi khi phát triển tới cỡ bàn tay người. Thức ăn của chúng là san hô, bọt biển, và động vật hình rêu.[52]

Một con mực Onykia ingens cái.

Động vật không xương sống

Có nhiều loài động vật thân mềm thủy sinh hiện diện ở Nam Đại Dương. Loài Adamussium colbecki thuộc lớp thân mềm hai mảnh vỏ thường được tìm thấy tại độ sâu nhỏ hơn 100 m và loài Laternula elliptica cũng sống ở vùng nước nông trên những bề mặt bùn cát.[52] Có khoảng 70 loài động vật chân đầu tồn tại ở Nam Đại Dương, lớn nhất trong số đó là những loài thuộc chi mực khổng lồ (Architeuthis) với chiều dài con cái ước tính tối đa khoảng 13 m (43 ft); chúng là loài động vật không xương sống lớn thứ hai thế giới còn tồn tại, chỉ xếp sau loài Mesonychoteuthis hamiltoni cũng sinh sống ở Nam Đại Dương. Mực gần như chiếm toàn bộ khẩu phần ăn của Thalassarche chrysostoma (hải âu mày đen đầu xám) và cá nhà táng, đặc biệt loài Onykia ingens là mồi ngon của rất nhiều loại động vật khác nhau.[67]

Chi Abatus thuộc lớp cầu gai thường đào bới những lớp trầm tích và ăn các chất dinh dưỡng mà chúng tìm được.[52] Vùng nước Nam Cực tồn tại hai loài thuộc họ Salpidae phổ biến là Salpa thompsoni và Ihlea racovitzai. Salpa thompsoni được tìm thấy ở những nơi nước đóng băng, còn Ihlea racovitzai thì thấy tại những vùng vĩ độ cao, gần băng. Bởi giá trị dinh dưỡng thấp, chúng thường chỉ là mồi của cá. Những loài động vật lớn hơn như chim và động vật có vú ở biển chỉ lựa chọn chúng làm con mồi khi những nguồn thức ăn khác trở nên khan hiếm.[68]

Bọt biển Nam Cực là những loài sống dai và nhạy cảm với những sự biến đổi của môi trường do đặc tính của cộng đồng vi sinh vật cộng sinh bên trong chúng. Điều này khiến chúng trở nên có chức năng như dấu hiệu thông báo tình trạng sức khỏe môi trường.[69]