撒哈拉沙漠，每2.1万年绿化一次
阿杰尔高原（Tassili N'Ajjer）是阿尔及利亚东南部的一个广阔高原，位于利比亚、尼日尔和马里的边界，占地7.2万平方公里。阿杰尔高原是非洲最大的国家公园，是世界上最重要的史前岩洞艺术群之一。该遗址所在地环境独特，如同月球表面，极具地质学研究意义，是世界上最重要的史前岩洞艺术群之一。15,000多幅绘画和雕刻作品记录了公元前6000年至公元初几个世纪撒哈拉沙漠边缘地区的气候变化、动物迁徙和人类生活进化。当地的地质构成形态有着极高的观赏价值，被侵蚀的砂岩形成了“石林”。
（图源：绿会融媒·海洋与湿地）
然而，奇怪的是，这些图像并没有描绘出当今阿杰尔高原的干旱、贫瘠的景观。相反，这些作品描绘了一个充满活力的大草原，居住着大象、长颈鹿、犀牛和河马。这种岩石艺术是对世界上最大的炎热沙漠撒哈拉过去环境条件的重要记录。
这些图像描绘了大约6000–11000年前的一个时期，称为绿色撒哈拉或北非湿润期。有广泛的气候证据表明，在这一时期，撒哈拉支持了现在的利比亚、尼日尔、乍得和马里的树木繁茂的草原生态系统和许多河流和湖泊。
阿杰尔高原是北非撒哈拉沙漠中部高原。这里气候炎热干燥。然而，令人迷惑不懈的是：在这极端干旱缺水、土地龟裂、植物稀少的矿地，竟然曾经有过繁荣昌盛的远古文明。利用海洋和湖泊沉积物，科学家们已经确定了在过去800万年中，大约每2.1万年就会绿化一次，共计230多次绿化现象。这些绿化事件提供了植被走廊，影响了物种的分布和进化，包括古代人类的非洲迁徙。
这些戏剧性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。但大多数气候模型都无法模拟这些事件的戏剧性。
一个由气候建模师和人类学家组成的团队已经克服了这一障碍。团队开发了一个气候模型，可以更准确地模拟撒哈拉上空的大气环流以及植被对降雨的影响，确定了为什么在过去800万年中，北非大约每2.1万年就会变绿一次。这是由地球轨道进动的变化引起的，即行星在旋转时的轻微摆动。这使得北半球在夏季更接近太阳。
这导致了北半球夏季变暖，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。这增加了撒哈拉的降雨量，导致热带草原和树木繁茂的草原从热带蔓延到地中海，为动植物提供了广阔的栖息地。
研究结果表明撒哈拉沙漠对过去气候变化的敏感性，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，对当地和全球都有影响。
地球轨道的变化
北非的湿润期每2.1万年左右就会复发一次，这一事实为其原因提供了一个重要线索：地球轨道的变化。由于月球和太阳系其他行星的引力影响，地球绕太阳的轨道不是恒定的。它在数千年的时间尺度上有循环变化。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10万年的周期中，地球轨道的形状（或离心率）在圆形和椭圆形之间变化，在4.1万年的周期内，地轴的倾斜度（称为倾斜度）发生变化。离心率和倾角循环是过去240万年冰河时代的驱动因素。
第三个米兰科维奇周期是岁差。这涉及到地球在其轴线上的摆动，这种摆动在21,000年的时间尺度上变化。岁差周期和湿润期时间之间的相似性表明岁差是它们的主要驱动因素。进动影响季节对比，在一个半球增加对比，在另一个半球减少对比。在北半球夏季变暖期间，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。
离心和冰盖
研究发现，在冰河时期并没有出现潮湿期，当时大型冰川冰盖覆盖了大部分极地地区。这是因为这些巨大的冰盖冷却了大气。冷却抵消了岁差的影响，抑制了非洲季风系统的扩张。
冰河时期是由离心率周期驱动的，离心率周期决定了地球绕太阳的轨道是多么的圆。因此，研究发现，离心率通过对冰盖的影响间接影响了湿润期的大小。这首次凸显了这些遥远的高纬度地区和热带地区之间的主要联系。
撒哈拉沙漠就像一扇大门。它控制着物种在非洲北部和撒哈拉以南地区之间以及在非洲大陆内外的传播。当撒哈拉沙漠是绿色的时候，大门是打开的，当沙漠盛行时，大门是关闭的。研究结果揭示了这个门对地球绕太阳轨道的敏感性，表明在过去80万年的冰川期，高纬度冰盖可能限制了物种的传播。
研究团队模拟非洲湿润期的能力有助于我们理解湿润和干旱阶段的交替。这对包括人类在内的物种在非洲内外的传播和进化产生了重大影响。此外，它还为了解未来应对气候变化及其环境影响的绿化提供了一个工具。
未来，经过改进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。
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编译 | Daisy
审核 | Richard
排版 | Daisy
【拓展阅读】
【参考链接】
1.https://theconversation.com/the-sahara-desert-used-to-be-a-green-savannah-new-research-explains-why-216555
2.https://phys.org/news/2023-12-sahara-green-savannah.html
3.https://whc.unesco.org/en/list/179/
服务科技工作者
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