撒哈拉沙漠曾经是一片绿色的大草原

阿尔及利亚塔西里阿杰尔高原是非洲最大的国家公园。在其巨大的砂岩地层中，也许有世界上最大的艺术博物馆。这里展出了超过 15,000 件蚀刻画和绘画，根据科学测年技术，其中一些已有 11,000 年的历史，代表了该地区独特的民族学和气候学记录。

然而，奇怪的是，这些图像并没有描绘出今天塔西里阿杰尔地区干旱、贫瘠的景观。相反，它们描绘了一个充满活力的大草原，栖息着大象、长颈鹿、犀牛和河马。这种岩画是世界上最大的炎热沙漠撒哈拉地区过去环境条件的重要记录。

这些图像描绘了大约 6,000–11,000 年前的时期，称为绿色撒哈拉或北非湿润时期。广泛的气候学证据表明，在此期间，撒哈拉沙漠支持了现在利比亚、尼日尔、乍得和马里境内树木繁茂的大草原生态系统和众多河流和湖泊。

撒哈拉沙漠的绿化从来没有发生过一次。利用海洋和湖泊沉积物，科学家识别出在过去 800 万年中大约每 21,000 年就会出现 230 多处此类绿化。这些绿化活动提供了植被走廊，影响了物种的生存。分布和进化，包括古代人类走出非洲的迁徙。

这些引人注目的绿化需要对大气系统进行大规模重组，才能为这个极度干旱的地区带来降雨。但大多数气候模型无法模拟这些事件的剧烈程度。

作为一个由气候建模者和人类学家组成的团队，我们已经克服了这一障碍。我们开发了一个气候模型，可以更准确地模拟撒哈拉沙漠上空的大气环流以及植被对降雨的影响。

我们确定了过去 800 万年来北非大约每 21,000 年绿化一次的原因。它是由地球轨道变化进动引起的，即地球自转时的轻微摆动。这使得北半球在夏季更加接近太阳。

这导致北半球夏季变暖，温暖的空气能够容纳更多的水分。这增强了西非季风系统的强度，并使非洲雨带向北移动。撒哈拉降雨量增加，导致大草原和树木繁茂的草原从热带地区蔓延到地中海，为动植物提供了广阔的栖息地。

我们的结果证明了撒哈拉沙漠对过去气候变化的敏感性。他们解释了这种敏感性如何影响整个北非的降雨量。这对于理解当今气候变化(由人类活动驱动)的影响非常重要。未来气温升高也可能增强季风强度，对当地和全球产生影响。

地球改变轨道

北非的湿润期大约每 21,000 年就会出现一次，这一事实是解释其形成原因的一个重要线索：地球轨道的变化。由于月球和太阳系其他行星的引力影响，地球围绕太阳的轨道并不是恒定的。它在数千年的时间尺度上具有周期性变化。这些轨道周期被称为米兰科维奇周期;它们影响地球从太阳接收的能量。

在 100,000 年的周期中，地球轨道的形状(或偏心率)在圆形和椭圆形之间变化，并且41,000 年一个周期，地轴的倾斜度会发生变化(称为倾角)。偏心率和倾角循环是驱动过去 240 万年冰河时代的原因。

第三个米兰科维奇周期是进动。这涉及到地球在其轴上的摆动，该摆动在 21,000 年的时间尺度上变化。岁差周期和潮湿周期时间之间的相似性表明岁差是它们的主要驱动力。岁差会影响季节对比，使一个半球的季节对比增加，而另一个半球的季节对比减少。在北半球温暖的夏季，北非夏季降雨量的增加将引发潮湿阶段，导致植被在该地区蔓延。

偏心率和冰盖

在我们的研究中，我们还发现，在冰河时期，当大型冰川冰盖覆盖了大部分极地地区时，并没有出现潮湿期。这是因为这些巨大的冰盖冷却了大气。降温抵消了岁差的影响并抑制了非洲季风系统的扩张。

冰河时代是由偏心率周期驱动的，偏心率周期决定了地球绕太阳运行的轨道有多圆。因此，我们的研究结果表明，偏心率通过对冰盖的影响间接影响湿润期的大小。这首次凸显了这些遥远的高纬度地区和热带地区之间的重要联系。

撒哈拉沙漠就像一个大门。它控制着北非和撒哈拉以南非洲之间以及非洲大陆内外的物种传播。当撒哈拉沙漠绿色时，大门打开;当沙漠盛行时，大门关闭。我们的结果揭示了这个门对地球绕太阳轨道的敏感性。他们还表明，在过去 80 万年的冰川时期，高纬度冰盖可能限制了物种的扩散。

我们对非洲潮湿时期进行建模的能力有助于我们了解潮湿和干旱阶段的交替。这对非洲内外物种(包括人类)的传播和进化产生了重大影响。此外，它还为了解未来绿化应对气候变化及其环境影响提供了一个工具。

未来，完善的模型可能能够确定气候变暖将如何影响撒哈拉地区的降雨和植被，以及对社会的更广泛影响。