Пустыня Сахара - одно из самых суровых и негостеприимных мест на планете, покрывающая большую часть Северной Африки примерно на 3,6 миллиона квадратных миль скал и продуваемых ветрами дюн. Но не всегда он был таким пустынным и засушливым. Примитивные наскальные рисунки и окаменелости, найденные при раскопках в этом регионе, свидетельствуют о том, что Сахара когда-то была относительно зеленым оазисом, где процветали человеческие поселения и разнообразие растений и животных.
Теперь исследователи из Массачусетского технологического института проанализировали пыль, отложившуюся у берегов Западной Африки за последние 240 000 лет, и обнаружили, что Сахара и Северная Африка в целом меняются между влажным и сухим климатом каждые 20 000 лет. годы. Они говорят, что этот климатический маятник в основном обусловлен изменениями оси Земли по мере того, как планета вращается вокруг Солнца, что, в свою очередь, влияет на распределение солнечного света между сезонами - каждые 20 000 лет Земля меняется от большего количества солнечного света летом к меньшему. и обратно.
Для Северной Африки вполне вероятно, что, когда Земля наклонена для получения максимального летнего солнечного света с каждым оборотом вокруг Солнца, этот увеличенный солнечный поток усиливает активность муссонов в регионе, что, в свою очередь, делает более влажным, " зеленее" Сахара. Когда ось планеты поворачивается под углом, который уменьшает количество поступающего летнего солнечного света, активность муссонов ослабевает, создавая более сухой климат, подобный тому, что мы наблюдаем сегодня.
«Наши результаты показывают, что история климата Северной Африки в основном связана с этим 20 000-летним ритмом, колеблющимся между зеленой и сухой Сахарой», - говорит Дэвид МакГи, доцент кафедры Земли Массачусетского технологического института. Атмосферные и планетарные науки.«Мы считаем, что это полезный временной ряд для изучения, чтобы понять историю пустыни Сахара и то, какие времена могли быть благоприятными для людей, чтобы заселить пустыню Сахара и пересечь ее, чтобы рассеяться из Африки, по сравнению с временем, которое было бы негостеприимным. как сегодня."
МакГи и его коллеги опубликовали свои результаты сегодня в журнале Science Advances.
Загадочная закономерность
Каждый год ветры с северо-востока уносят сотни миллионов тонн сахарской пыли, оставляя большую часть этого осадка в Атлантическом океане у берегов Западной Африки. Слои этой пыли, образовавшиеся за сотни тысяч лет, могут служить геологической хроникой климатической истории Северной Африки: толстые слои пыли могут указывать на засушливые периоды, тогда как слои с меньшим содержанием пыли могут указывать на более влажные эпохи.
Ученые проанализировали керны отложений, выкопанные со дна океана у побережья Западной Африки, в поисках ключей к истории климата Сахары. Эти керны содержат слои древних отложений, отложившихся в течение миллионов лет. Каждый слой может содержать следы сахарской пыли, а также остатки форм жизни, например крошечные раковины планктона.
Прошлые анализы этих кернов отложений выявили загадочную закономерность: оказалось, что Сахара сменяется между влажными и засушливыми периодами каждые 100 000 лет - геологический ритм, который ученые связывают с циклами ледникового периода Земли, которые кажется, также приходят и уходят каждые 100 000 лет. Слои с большей долей пыли, кажется, совпадают с периодами, когда Земля покрыта льдом, тогда как менее пыльные слои появляются в межледниковые периоды, такие как сегодня, когда лед в значительной степени отступил.
Но МакГи говорит, что эта интерпретация кернов отложений противоречит климатическим моделям, которые показывают, что климат Сахары должен определяться сезоном дождей в регионе, сила которого определяется наклоном земной оси и количеством солнечный свет, который может подпитывать муссоны летом.
Мы были озадачены тем фактом, что этот 20 000-летний период местной летней инсоляции кажется доминирующим фактором, контролирующим силу муссонов, и тем не менее в отчетах о пыли вы видите 100 000 циклов ледникового периода. лет», - говорит МакГи.
Удары синхронизированы
Чтобы разобраться в этом противоречии, исследователи использовали свои собственные методы для анализа керна отложений, полученного у побережья Западной Африки коллегами из Университета Бордо, который был пробурен всего в нескольких километрах от керна в которые другие ранее идентифицировали 100 000-летнюю закономерность.
Исследователи под руководством первого автора Шарлотты Сконечны, бывшего постдока Массачусетского технологического института, а ныне профессора Университета Париж-Юг, изучили слои отложений, отложившихся за последние 240 000 лет. Они проанализировали каждый слой на наличие следов пыли и измерили концентрации редкого изотопа тория, чтобы определить, насколько быстро пыль накапливается на морском дне.
Торий производится с постоянной скоростью в океане очень небольшими количествами радиоактивного урана, растворенного в морской воде, и он быстро прикрепляется к тонущим отложениям. В результате ученые могут использовать концентрацию тория в отложениях, чтобы определить, насколько быстро пыль и другие отложения накапливались на морском дне в прошлом: во время медленного накопления торий более концентрирован, а во время быстрого накопления торий разбавлен. Образовавшаяся картина сильно отличалась от того, что другие обнаружили в тех же кернах отложений.
"Мы обнаружили, что некоторые из пиков пыли в кернах были связаны с увеличением осаждения пыли в океане, а другие пики были просто из-за растворения карбонатов и того факта, что во время ледниковых периодов в этом области океана океан был более кислым и коррозионно-активным по отношению к карбонату кальция», - говорит МакГи. «Может показаться, что в океане оседает больше пыли, хотя на самом деле это не так."
Как только исследователи устранили этот смешанный эффект, они обнаружили, что то, что возникло, было прежде всего новым «ритмом», в котором Сахара колебалась между влажным и сухим климатом каждые 20 000 лет, синхронно с активностью муссонов в регионе и периодический наклон Земли.
«Теперь мы можем создать пластинку, которая видит сквозь предубеждения этих старых записей и, таким образом, рассказывает другую историю», - говорит МакГи. «Мы предполагали, что ледниковые периоды были ключевым моментом в превращении Сахары в сухую, а не влажную. Теперь мы показываем, что в первую очередь эти циклические изменения на орбите Земли привели к тому, что влажные и засушливые периоды были вызваны влажными и засушливыми периодами. Кажется, такой непроницаемый, негостеприимный ландшафт, и все же он приходил и уходил много раз, перемещаясь между пастбищами и гораздо более влажной средой, и обратно в сухой климат, даже за последнюю четверть миллиона лет».