阿尔及利亚的塔西利-恩阿杰高原是非洲最大的国家公园。在其巨大的砂岩岩层中，可能是世界上最大的艺术博物馆。这里展出了15000多幅蚀刻版画和绘画，根据科学的年代测定技术，其中一些已有11000年的历史，代表了该地区独特的人种学和气候记录。

　　然而，奇怪的是，这些图像并没有描绘出今天塔西利恩阿杰尔干旱贫瘠的景观。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。这些岩石艺术是对撒哈拉沙漠过去环境条件的重要记录，撒哈拉沙漠是世界上最大的炎热沙漠。

　　这些图像描绘了大约6000 - 11000年前被称为绿色撒哈拉或北非湿润期的时期。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、乍得和马里境内的树木繁茂的大草原生态系统和众多河流和湖泊。

　　撒哈拉沙漠的绿化并不是一次发生。利用海洋和湖泊沉积物，科学家们已经确定了在过去的800万年中，大约每21000年就会发生230多次这样的绿化。这些绿化事件提供了植被走廊，影响了物种的分布和进化，包括古代人类的走出非洲的迁徙。

　　这些戏剧性的绿化需要大规模的大气系统重组才能给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出这些事件的戏剧性。

　　作为一个由气候建模者和人类学家组成的团队，我们已经克服了这个障碍。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。

　　我们确定了为什么在过去的800万年里，北非大约每21000年变绿一次。它是由地球轨道进动的变化引起的——地球在旋转时的轻微摆动。这使得北半球在夏季的几个月里更靠近太阳。

　　这导致北半球的夏季变暖，而温暖的空气能够保持更多的水分。这加强了西非季风系统的强度，使非洲雨带向北移动。这增加了撒哈拉地区的降雨量，导致从热带到地中海的大草原和树木繁茂的草原在沙漠中蔓延，为动植物提供了广阔的栖息地。

　　我们的研究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。这对于理解(由人类活动驱动的)当今气候变化的含义非常重要。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

　　北非每隔21000年左右就会出现一次湿润期，这一事实为我们提供了一个重要线索:地球轨道的变化。由于月球和太阳系中其他行星的引力影响，地球围绕太阳的轨道不是恒定的。它在几千年的时间尺度上有周期性的变化。这些轨道周期被称为米兰科维奇周期;它们会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转换，在4.1万年的周期中，地轴的倾角发生变化(称为倾角)。偏心率和倾角周期是驱动过去240万年冰河期的原因。

　　第三个米兰科维奇周期是岁差。这与地球在地轴上的摆动有关，地轴在21000年的时间尺度上发生变化。岁差周期与湿润期时间的相似性表明，岁差是它们的主要驱动因素。岁差影响季节对比，在一个半球增加季节对比，在另一个半球减少季节对比。在北半球温暖的夏季，随之而来的北非夏季降雨的增加将启动一个湿润阶段，导致植被在该地区的蔓延。

　　偏心率和冰原

　　在我们的研究中，我们还发现，当巨大的冰川冰盖覆盖了大部分极地地区时，湿润期并没有发生。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，抑制了非洲季风系统的扩张。

　　冰期是由离心周期驱动的，它决定了地球绕太阳轨道的圆度。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了湿润期的大小。这首次突出了这些遥远的高纬度地区与热带地区之间的主要联系。

　　撒哈拉沙漠就像一扇大门。它控制着物种在北部和撒哈拉以南非洲之间以及进出非洲大陆的扩散。当撒哈拉沙漠一片绿色时，大门就会打开，当沙漠盛行时，大门就会关闭。我们的结果揭示了这扇门对地球绕日轨道的敏感度。它们还表明，在过去80万年的冰期，高纬度冰盖可能限制了物种的扩散。

　　我们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扩散和进化产生了重大影响。此外，它还提供了一种工具，用于了解未来应对气候变化的绿化及其对环境的影响。

　　在未来，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。

　　爱德华·阿姆斯特朗，赫尔辛基大学博士后研究员。

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