撒哈拉沙漠是这个星球上最严苛、最荒凉的地区之一，它覆盖了北非大部分地区，以岩石和沙丘占据了大约360万平方英里的土地。但它并不总是如此荒凉和干旱。从该地区出土的原始岩画和化石表明，撒哈拉曾经是一个草木茂盛的绿洲，人类在此聚居，各种植物和动物在此繁衍生息。
近日，美国麻省理工学院的研究人员分析了过去24万年来在西非沿海地区沉积的尘埃，发现每2万年，撒哈拉沙漠和整个北非就会在干湿气候之间转换一次。他们表示，驱动这一气候“钟摆”的是随着地球围绕太阳运行而发生的地轴变化。地轴变化反过来也会影响季节间的阳光分布——每2万年，地球夏季接收的阳光将从多到少再从少到多，周而复始。对于北非来说，在地球逐渐倾斜并最终获得最多夏季阳光的过程中，增加的太阳通量会加剧该地区的季风活动，从而形成一个更湿润，更丰茂的撒哈拉。当地轴向一个减少夏季阳光照射的角度倾斜时，季风活动减弱，产生与现在类似的干燥气候。麻省理工学院地球、大气和行星科学系的副教授David McGee和他的同事于1月2日在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。
每年，来自东北的风都会吹起数亿吨撒哈拉的沙尘，将大部分沉积物带到西非海岸的大西洋中。经过数十万年的累积，这些尘埃层可以作为研究北非气候历史的地质编年史：厚厚的尘埃层可能表示干旱的气候时期，而尘埃较少则可能表示潮湿的气候时期。
科学家们分析了从西非沿海海底挖出的沉积物核，以寻找撒哈拉沙漠气候历史的线索。 这些岩心包含有数百万年间沉淀下来的古代沉积物。每层都可能含有撒哈拉尘埃和生命残骸的痕迹，例如浮游生物的小壳。
在对这些沉积物核的分析中科学家们发现了一种令人费解的气候模式：撒哈拉沙漠似乎每10万年在潮湿和干旱的气候间变化一次——这令科学家们联想到与地球冰河时代周期相关的地质节拍，也以10万年为周期。含有较多尘埃的沉积层似乎与地球被冰雪覆盖的时期一致，而在间冰期当大部分冰融化时，例如现在，出现的尘埃较少。
但McGee说，对沉积物核的这种解释与气候模型并不完美契合，这表明撒哈拉气候应该受到该地区季风季节的驱动，其强度取决于地轴的倾斜角度和在夏天驱动季风的阳光量。
“我们感到困惑的是，这个2万年的当地夏季日照节拍似乎应该是控制季风强度的主导因素，但在尘埃记录中你会看到10万年的冰河周期。”McGee说。
为了找到这个矛盾的真相，研究人员使用他们自己的技术来分析波尔多大学的同事在西非沿海获得的沉积物核——它同此前其他人确定了10万年气候模式的岩心只相隔了几公里。
该研究的第一作者是现巴黎南部大学教授Charlotte Skonieczny，她领导的研究人员研究了过去24万年沉淀的沉积物层。他们分析了每一层尘埃痕迹并测量了钍稀有同位素的浓度，以确定尘埃在海底积聚的速度。
钍在海洋中以恒定的速率通过溶解在海水中的极少量放射性铀产生，并迅速附着在沉没的沉积物上。因此，科学家们可以利用沉积物中钍的浓度来确定过去灰尘和其他沉积物在海底积聚的速度：在缓慢积累的时期，钍更浓，而在快速积累的时期，钍被稀释了。最终研究中发现的模式与其他人在相同的沉积物核心中发现的模式非常不同。
“我们发现沉积物核中，有一些尘埃峰是由于海洋中尘埃沉积的增加，但其他峰值仅仅是因为碳酸盐溶解以及在冰河时期，这一区域海洋酸性更强，对碳酸钙有腐蚀性。”McGee说，“可能看起来海洋中沉积的灰尘较多，但其实并非如此。”
一旦研究人员消除了这种混淆效应，他们发现的主要是一种新的“节拍”。撒哈拉沙漠每2万年在潮湿和干燥的气候之间转换，与该地区的季风活动和地球的周期性倾斜同步。
“通过消除旧记录中的偏差，我们现在可以得出一份新的记录，这样就得到了一种不同的解释。”McGee说，“我们过去认为冰河时代是使撒哈拉在干燥与潮湿间变化的关键因素。现在我们证明，主要是地球轨道上的这些周期性变化导致了潮湿与干旱时期的变化。我们的研究结果表明，北非的气候主要受这个2万年的‘节拍’控制。这是一个有用的时间序列，可以用来了解撒哈拉沙漠的历史——不同于像今天这样的荒凉时期，撒哈拉在什么时候适宜人类定居，什么时候人类穿越它走出了非洲。”
编译：李华
审稿：三水
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