В 1961 году Джон Куцбах, тогда еще недавний выпускник колледжа, работал во Франции авиационным синоптиком ВВС США. Там он обнаружил, что исследует легендарные пещеры Дордонь, в том числе доисторические расписные пещеры в Ласку.
Размышляя о древних людях и животных, которые собирались в этих пещерах в поисках тепла и убежища, он заинтересовался гляциологией. «Мне как метеорологу было интересно, что люди будут жить так близко к ледяному щиту», - говорит Куцбах, почетный профессор атмосферных и океанических наук Университета Висконсин-Мэдисон и Института экологических исследований Нельсона.
Кутцбах продолжил свою карьеру, изучая, как изменения в движении Земли в космосе - форма ее орбиты, наклон ее оси, ее колебание - и другие факторы, включая ледяной покров и парниковые газы, влияют на ее климат. Спустя много лет после наслаждения пещерным искусством ледникового периода, сегодня он пытается лучше понять, как изменения климата Земли могли повлиять на миграцию людей из Африки.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Куцбах и группа исследователей отслеживают изменения климата и растительности в Африке, Аравии и Средиземноморье за 140 000 лет, чтобы помочь другим, изучающим влияет на рассредоточение человека.
В исследовании описывается динамическая модель климата и растительности, которая объясняет, когда регионы Африки, Ближнего Востока и Средиземноморья были более влажными и более сухими, и как растительный состав менялся в тандеме, возможно, обеспечивая миграционные коридоры во времени.
«На самом деле мы не знаем, почему люди переезжают, но если наличие большего количества растительности полезно, это время, которое было бы для них выгодным», - говорит Куцбах.
Модель также освещает взаимосвязь между климатом Земли и ее орбитой, концентрацией парниковых газов и ледяными щитами.
Например, модель показывает, что около 125 000 лет назад в Северной Африке и на Аравийском полуострове наблюдалось увеличение количества летних муссонных дождей, которые шли на север, что привело к сужению пустынь Сахары и Аравии из-за увеличения пастбищ. В то же время в Средиземноморье и Леванте (территория, включающая Сирию, Ливан, Иорданию, Израиль и Палестину) также увеличилось количество осадков, вызванных зимними штормами.
Эти изменения были вызваны положением Земли относительно Солнца. Северное полушарие в то время было как можно ближе к солнцу летом и как можно дальше зимой. Это привело к теплому, влажному лету и холодной зиме.
«Это похоже на встречу двух рук», - говорит Куцбах. «В Сахаре были более сильные летние дожди, а в Средиземноморье - более сильные зимние дожди».
Учитывая характер орбитальных движений Земли, которые в совокупности называются циклами Миланковича, регион должен располагаться таким образом примерно каждые 21 000 лет. Примерно каждые 10 000 лет северное полушарие будет находиться в самой дальней точке от солнца летом и ближе всего зимой.
Действительно, модель показала значительное увеличение количества осадков и растительности на 125 000, 105 000 и 83 000 лет назад с соответствующим уменьшением на 115 000, 95 000 и 73 000 лет назад. 000 лет назад, когда летние муссоны уменьшились в силе и остались южнее.
Примерно между 70 000 и 15 000 лет назад Земля находилась в ледниковом периоде, и модель показала, что наличие ледяных щитов и уменьшение количества парниковых газов усиливали зимние средиземноморские штормы, но ограничивали отступление летних муссонов на юг. Уменьшение выбросов парниковых газов также вызвало похолодание вблизи экватора, что привело к более сухому климату и уменьшению лесного покрова.
Эти изменяющиеся региональные модели климата и растительности могли создать градиент ресурсов для людей, живущих в Африке, что привело к миграции в районы с большим количеством воды и растительности.
Для исследования исследователи, в том числе коллеги Куцбаха из Университета Вашингтона в Мэдисоне, Ян Орланд и Фэн Хэ, вместе с исследователями из Пекинского университета и Университета Аризоны, использовали Модель климатической системы сообщества версии 3 от Национального центра атмосферных исследований. Исследовательская работа. Они провели моделирование, которое учитывало только орбитальные изменения, комбинированное изменение орбиты и парниковых газов, а также третье, которое объединяло эти влияния плюс влияние ледяных щитов..
Именно Куцбах в 1970-х и 1980-х годах подтвердил, что изменения на орбите Земли могут влиять на силу летних муссонов по всему миру, влияя на то, сколько солнечного света и, следовательно, насколько потепление достигает данной части Земли. планета.
Сорок лет назад были свидетельства периодических сильных муссонов в Африке, но никто не знал почему, говорит Куцбах. Он показал, что орбитальные изменения на Земле могут привести к более теплому лету и, следовательно, к более сильным муссонам. Он также читал о периодах «озеленения» Сахары, которые часто используются для объяснения ранней миграции людей на типично засушливый Ближний Восток.
"Моя ранняя работа подготовила меня к размышлениям об этом", - говорит он.
Его текущая работа по моделированию в основном согласуется с данными, собранными по каждому региону, в том числе наблюдаемыми доказательствами со дна старых озер, записями пыльцы, особенностями пещер и морских отложений. Недавнее исследование, проведенное Орландом, использовало записи о пещерах в Леванте, чтобы показать, что летние муссоны достигли региона около 125 000 лет назад.
"Мы ошибаемся в некоторых вещах (в модели)", - говорит Куцбах, поэтому команда продолжает ее совершенствовать. Например, модель не обеспечивает достаточного холода в южной Европе во время ледникового периода, и не все изменения растительности соответствуют наблюдаемым данным. Вычислительная мощность также улучшилась с тех пор, как они запустили модель.
«Это ни в коем случае не последнее слово», - говорит Куцбах. «Результаты следует пересмотреть еще раз с помощью модели с еще более высоким разрешением».