Пустыня Сахара когда-то была зеленой саванной – новое исследование объясняет, почему

Наскальное изображение слона в национальном парке Тассили-Н’Аджер, Тадрарт-Руж, в Алжире. Эрик Лафорг/Getty Images

Плато Тассили Н’Аджер в Алжире является крупнейшим национальным парком Африки. Среди его обширных образований из песчаника находится, пожалуй, крупнейший в мире художественный музей. Здесь выставлено более 15 000 гравюр и картин, некоторым из которых по данным научных методов датирования около 11 000 лет, что представляет собой уникальную этнологическую и климатологическую летопись региона.

Любопытно, однако, на этих картинах нет засушливого, бесплодного ландшафта, который сегодня присутствует в Тассили-Н’Аджер. Вместо этого они изображают яркую саванну, населенную слонами, жирафами, носорогами и бегемотами. Это наскальное искусство является важным свидетельством прошлых условий окружающей среды, которые преобладали в Сахаре, самой большой и жаркой пустыне в мире.

Наскальные картины изображают период, отстоящий от нашего времени примерно на 6000–11 000 лет, называемый Зеленой Сахарой или влажным периодом Северной Африки. Существуют широко распространенные климатологические свидетельства того, что в этот период Сахара поддерживала экосистемы лесистых саванн и многочисленные реки и озера на территории нынешних Ливии, Нигера, Чада и Мали.

Такое озеленение Сахары происходило не один раз. Используя морские и озерные отложения, ученые выявили более 230 таких озеленений, возникающих примерно каждые 21 000 лет за последние восемь миллионов лет. Эти озеленения создали растительные коридоры, которые повлияли на распространение и эволюцию видов, включая миграцию древних людей из Африки.

Такое резкое озеленение потребовало бы крупномасштабной реорганизации атмосферной системы, чтобы вызвать дожди в этом гиперзасушливом регионе. Но большинство климатических моделей не смогли смоделировать, насколько драматичными были эти события.

Как команда специалистов по моделированию климата и антропологов, мы преодолели это препятствие. Мы разработали климатическую модель, которая более точно имитирует атмосферную циркуляцию над Сахарой и влияние растительности на количество осадков.

Мы выяснили, почему Северная Африка зеленела примерно каждые 21 000 лет в течение последних восьми миллионов лет. Изменение климата было вызвано изменением орбитальной прецессии Земли — небольшим покачиванием планеты при вращении. Оно приближает Северное полушарие к Солнцу в летние месяцы.

Вегетационные циклы Африки. Предоставлено автором

Это приводит к более теплому лету в Северном полушарии, а более теплый воздух способен удерживать больше влаги. Это усилило силу западноафриканской муссонной системы и сместило африканский пояс дождей на север. Это увеличило количество осадков в Сахаре, что привело к распространению саванн и лесистых лугов по пустыне от тропиков до Средиземноморья, обеспечив обширную среду обитания для растений и животных.

Наши результаты демонстрируют чувствительность пустыни Сахара к изменениям климата в прошлом. Они объясняют, как эта чувствительность влияет на количество осадков в Северной Африке. Это важно для понимания последствий современного изменения климата (вызванного деятельностью человека). Более высокие температуры в будущем могут также усилить силу муссонов, что будет иметь как локальные, так и глобальные последствия.

Изменение орбиты Земли

Тот факт, что более влажные периоды в Северной Африке повторяются примерно каждые 21 000 лет, дает ключ к пониманию того, что их вызывает: изменения на орбите Земли. Из-за гравитационного воздействия Луны и других планет нашей солнечной системы орбита Земли вокруг Солнца непостоянна. Он имеет циклические вариации в многотысячелетних временных масштабах. Эти орбитальные циклы называются циклами Миланковича; они влияют на количество энергии, которую Земля получает от Солнца.

В 100 000-летних циклах форма земной орбиты (или эксцентриситет) меняется от круглой до овальной, а в 41 000-летних циклах меняется наклон земной оси (это называется наклоном оси вращения). Циклы эксцентриситета и наклона ответственны за ледниковые периоды последних 2,4 миллиона лет.

Третий цикл Миланковича – прецессия. Речь идет о колебании Земли вокруг своей оси, которое меняется в масштабе 21 000 лет. Сходство между циклом прецессии и временем влажных периодов указывает на то, что прецессия является их доминирующей движущей силой. Прецессия влияет на сезонные контрасты, увеличивая их в одном полушарии и уменьшая в другом. Во время более теплого лета в Северном полушарии последующее увеличение летних осадков в Северной Африке могло бы инициировать влажную фазу, что привело бы к распространению растительности по всему региону.

Эксцентриситет и ледниковые щиты

В нашем исследовании мы  установили, что влажные периоды не наблюдались во время ледниковых периодов, когда большие ледниковые щиты покрывали большую часть полярных регионов. Это потому, что эти огромные ледяные щиты охлаждали атмосферу. Похолодание противодействовало влиянию прецессии и подавило расширение африканской муссонной системы.

Ледниковые периоды обусловлены циклом эксцентриситета, который определяет круговую орбиту Земли вокруг Солнца. Таким образом, наши результаты показывают, что эксцентриситет косвенно влияет на величину влажных периодов через влияние на ледниковые щиты. Это впервые подчеркивает важную связь между  далекими высокими широтами и тропическими регионами.

Сахара действует как ворота. Она контролирует распространение видов между Северной Африкой и странами к югу от Сахары, а также внутри континента и за его пределами. Ворота были открыты, когда Сахара была зеленой, и закрыты, когда преобладала пустыня. Наши результаты указывают на  чувствительность этих ворот к орбите Земли вокруг Солнца. Они также свидетельствуют о том,  что ледниковые щиты высоких широт, возможно, ограничивали распространение видов во время ледниковых периодов последних 800 000 лет.

Пустыня Сахара. / Гетти 

Наша способность моделировать влажные периоды в Африке помогает нам понять чередование влажных и засушливых фаз развития. Это имело серьезные последствия для расселения и эволюции видов, включая человека, в Африке и за ее пределами. Кроме того, разработанная модель предоставляет инструмент для понимания будущего «озеленения» в ответ на изменение климата и его воздействие на окружающую среду.

В будущем усовершенствованные модели смогут определить, как потепление климата повлияет на количество осадков и растительность в регионе Сахары, а также предсказать его более широкие последствия для общества.