Saharaöknen är en av de hårdaste, de mest ogästvänliga platserna på planeten, som täcker stora delar av Nordafrika i cirka 3,6 miljoner kvadratkilometer sten och vindpinade sanddyner. Men det var inte alltid så ödsligt och uttorkat. Primitiva stenmålningar och fossil som grävts ut från regionen tyder på att Sahara en gång var en relativt grönskande oas, där mänskliga bosättningar och en mångfald av växter och djur trivdes.

Nu har forskare vid MIT analyserat damm som avsatts utanför västra Afrikas kust under de senaste 240, 000 år, och fann att Sahara, och Nordafrika i allmänhet, har svängt mellan vått och torrt klimat var 20:e, 000 år. De säger att denna klimatpendel huvudsakligen drivs av förändringar i jordens axel när planeten kretsar runt solen, som i sin tur påverkar fördelningen av solljus mellan årstiderna - var 20:e, 000 år, jorden svänger från mer solljus på sommaren till mindre, och tillbaka igen.

För Nordafrika, det är troligt att, när jorden lutar för att få maximal sommarljus med varje bana runt solen, detta ökade solflöde intensifierar regionens monsunaktivitet, vilket i sin tur ger en våtare, "grönare" Sahara. När planetens axel svänger mot en vinkel som minskar mängden inkommande sommarljus, monsunaktiviteten försvagas, producerar ett torrare klimat som liknar det vi ser idag.

"Våra resultat tyder på att historien om nordafrikanskt klimat är dominerande de 20, 000-årsslag, går fram och tillbaka mellan en grön och torr Sahara, "säger David McGee, docent vid MIT:s Department of Earth, Atmosfär och planetvetenskap. "Vi anser att det här är en användbar tidsserie att undersöka för att förstå historien om Sahara -öknen och vilka tider som kunde ha varit bra för människor att bosätta sig Sahara -öknen och korsa den för att sprida sig ur Afrika, mot tider som skulle vara ogästvänliga som idag. "

McGee och hans kollegor har publicerat sina resultat idag Vetenskapliga framsteg .

Ett förvirrande mönster

Varje år, vindar från nordost sveper upp hundratals miljoner ton Sahara -damm, deponerar mycket av detta sediment i Atlanten, utanför Västafrikas kust. Lager av detta damm, byggt upp under hundratusentals år, kan fungera som en geologisk krönika om Nordafrikas klimathistoria:Lager tjocka av damm kan indikera torra perioder, medan de som innehåller mindre damm kan signalera våtare epoker.

Forskare har analyserat sedimentkärnor som grävts upp från havets botten utanför Västafrikas kust, för ledtrådar till Saharas klimathistoria. Dessa kärnor innehåller lager av gammalt sediment som deponerats under miljoner år. Varje lager kan innehålla spår av Sahara -damm och rester av livsformer, som de små skalen av plankton.

Tidigare analyser av dessa sedimentkärnor har upptäckt ett förvirrande mönster:Det verkar som om Sahara växlar mellan våta och torra perioder var 100:e, 000 år - en geologisk takt som forskare har kopplat till jordens istidscykler, som också verkar komma och gå var 100:e, 000 år. Lager med en större andel damm tycks sammanfalla med perioder då jorden är täckt av is, medan mindre dammiga lager uppträder under interglaciala perioder, som idag, när isen till stor del har avtagit.

Men McGee säger att denna tolkning av sedimentkärnorna skavar mot klimatmodeller, som visar att Saharas klimat bör drivas av regionens monsunsäsong, vars styrka bestäms av lutningen på jordens axel och mängden solljus som kan driva monsuner på sommaren.

"Vi blev förbryllade över det faktum att dessa 20, 000-årsslagen av lokal sommarolighet verkar som att det borde vara den dominerande saken som styr monsunstyrkan, och ändå i dammregister ser du istidscykler på 100, 000 år, "Säger McGee.

Slag i synkronisering

För att komma till botten med denna motsägelse, forskarna använde sina egna tekniker för att analysera en sedimentkärna som erhållits utanför Västafrikas kust av kollegor från universitetet i Bordeaux - som borrade bara några kilometer från kärnor där andra tidigare hade identifierat en 100, 000-årsmönster.

Forskarna, ledd av första författaren Charlotte Skonieczny, en tidigare MIT postdoc och nu professor vid Paris-Sud University, undersökte sedimentlager som deponerats under de senaste 240, 000 år. De analyserade varje lager för spår av damm och mätte koncentrationerna av en sällsynt isotop av thorium, för att avgöra hur snabbt damm ackumulerades på havsbotten.

Thorium produceras med konstant hastighet i havet av mycket små mängder radioaktivt uran löst i havsvatten, och det fäster sig snabbt vid sjunkande sediment. Som ett resultat, forskare kan använda koncentrationen av thorium i sedimenten för att avgöra hur snabbt damm och andra sediment ackumulerades på havsbotten tidigare:Under tider av långsam ackumulering, thorium är mer koncentrerad, medan det vid tider av snabb ackumulering, torium späds ut. Mönstret som framkom var mycket annorlunda än vad andra hade hittat i samma sedimentkärnor.

"Det vi fann var att några av dammtopparna i kärnorna berodde på ökad dammavsättning i havet, men andra toppar berodde helt enkelt på karbonatupplösning och det faktum att under istiden, i denna region av havet, havet var surare och frätande för kalciumkarbonat, "Säger McGee." Det kan se ut som att det finns mer damm i havet, när verkligen, det finns inte. "

När forskarna väl hade tagit bort denna förvirrande effekt, de fann att det som framkom främst var ett nytt "slag, "där Sahara vaklade mellan vått och torrt klimat var 20:e, 000 år, i synk med regionens monsunaktivitet och jordens periodiska lutning.

"Vi kan nu ta fram en skiva som ser igenom fördomarna i dessa äldre poster, och så gör, berättar en annan historia, "Säger McGee." Vi har antagit att istiden har varit det viktigaste för att göra Sahara torrt mot vått. Nu visar vi att det främst är dessa cykliska förändringar i jordens bana som har drivit våta kontra torra perioder. Det verkar som en sådan ogenomtränglig, ogästvänligt landskap, och ändå har det kommit och gått många gånger, och växlade mellan gräsmarker och en mycket fuktigare miljö, och tillbaka till torrt klimat, även under de senaste kvartalet miljoner år. "