撒哈拉沙漠是這個星球上最嚴苛、最荒涼的地區之一，它覆蓋了北非大部分地區，以岩石和沙丘佔據了大約360萬平方英里的土地。但它並不總是如此荒涼和乾旱。從該地區出土的原始巖畫和化石表明，撒哈拉曾經是一個草木茂盛的綠洲，人類在此聚居，各種植物和動物在此繁衍生息。
近日，美國麻省理工學院的研究人員分析了過去24萬年來在西非沿海地區沉積的塵埃，發現每2萬年，撒哈拉沙漠和整個北非就會在乾溼氣候之間轉換一次。他們表示，驅動這一氣候“鐘擺”的是隨著地球圍繞太陽運行而發生的地軸變化。地軸變化反過來也會影響季節間的陽光分佈——每2萬年，地球夏季接收的陽光將從多到少再從少到多，週而復始。對於北非來說，在地球逐漸傾斜並最終獲得最多夏季陽光的過程中，增加的太陽通量會加劇該地區的季風活動，從而形成一個更溼潤，更豐茂的撒哈拉。當地軸向一個減少夏季陽光照射的角度傾斜時，季風活動減弱，產生與現在類似的乾燥氣候。麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的副教授David McGee和他的同事於1月2日在《科學進展》雜誌上發表了他們的研究結果。
每年，來自東北的風都會吹起數億噸撒哈拉的沙塵，將大部分沉積物帶到西非海岸的大西洋中。經過數十萬年的累積，這些塵埃層可以作為研究北非氣候歷史的地質編年史：厚厚的塵埃層可能表示乾旱的氣候時期，而塵埃較少則可能表示潮溼的氣候時期。
科學家們分析了從西非沿海海底挖出的沉積物核，以尋找撒哈拉沙漠氣候歷史的線索。 這些岩心包含有數百萬年間沉澱下來的古代沉積物。每層都可能含有撒哈拉塵埃和生命殘骸的痕跡，例如浮游生物的小殼。
在對這些沉積物核的分析中科學家們發現了一種令人費解的氣候模式：撒哈拉沙漠似乎每10萬年在潮溼和乾旱的氣候間變化一次——這令科學家們聯想到與地球冰河時代週期相關的地質節拍，也以10萬年為週期。含有較多塵埃的沉積層似乎與地球被冰雪覆蓋的時期一致，而在間冰期當大部分冰融化時，例如現在，出現的塵埃較少。
但McGee說，對沉積物核的這種解釋與氣候模型並不完美契合，這表明撒哈拉氣候應該受到該地區季風季節的驅動，其強度取決於地軸的傾斜角度和在夏天驅動季風的陽光量。
“我們感到困惑的是，這個2萬年的當地夏季日照節拍似乎應該是控制季風強度的主導因素，但在塵埃記錄中你會看到10萬年的冰河週期。”McGee說。
為了找到這個矛盾的真相，研究人員使用他們自己的技術來分析波爾多大學的同事在西非沿海獲得的沉積物核——它同此前其他人確定了10萬年氣候模式的岩心只相隔了幾公里。
該研究的第一作者是現巴黎南部大學教授Charlotte Skonieczny，她領導的研究人員研究了過去24萬年沉澱的沉積物層。他們分析了每一層塵埃痕跡並測量了釷稀有同位素的濃度，以確定塵埃在海底積聚的速度。
釷在海洋中以恆定的速率通過溶解在海水中的極少量放射性鈾產生，並迅速附著在沉沒的沉積物上。因此，科學家們可以利用沉積物中釷的濃度來確定過去灰塵和其他沉積物在海底積聚的速度：在緩慢積累的時期，釷更濃，而在快速積累的時期，釷被稀釋了。最終研究中發現的模式與其他人在相同的沉積物核心中發現的模式非常不同。
“我們發現沉積物核中，有一些塵埃峰是由於海洋中塵埃沉積的增加，但其他峰值僅僅是因為碳酸鹽溶解以及在冰河時期，這一區域海洋酸性更強，對碳酸鈣有腐蝕性。”McGee說，“可能看起來海洋中沉積的灰塵較多，但其實並非如此。”
一旦研究人員消除了這種混淆效應，他們發現的主要是一種新的“節拍”。撒哈拉沙漠每2萬年在潮溼和乾燥的氣候之間轉換，與該地區的季風活動和地球的週期性傾斜同步。
“通過消除舊記錄中的偏差，我們現在可以得出一份新的記錄，這樣就得到了一種不同的解釋。”McGee說，“我們過去認為冰河時代是使撒哈拉在乾燥與潮溼間變化的關鍵因素。現在我們證明，主要是地球軌道上的這些週期性變化導致了潮溼與乾旱時期的變化。我們的研究結果表明，北非的氣候主要受這個2萬年的‘節拍’控制。這是一個有用的時間序列，可以用來了解撒哈拉沙漠的歷史——不同於像今天這樣的荒涼時期，撒哈拉在什麼時候適宜人類定居，什麼時候人類穿越它走出了非洲。”
編譯：李華
審稿：三水
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