Д-р Франческо Паузата – Изучение прошлого пустыни Сахара, чтобы понять ее будущее

Пустыня Сахара в Африке — одно из самых засушливых мест на Земле. Из-за засушливых условий мелкие частицы песка из пустыни могут легко переноситься по воздуху, что приводит к выбросам пыли, влияющим на глобальный климат. Однако между 11 000 и 5 000 лет назад в этом регионе были более влажные условия, известные как африканский влажный период, что привело к уменьшению количества пыли и резкому озеленению земли. В ближайшем будущем антропогенное изменение климата может резко изменить режим выпадения осадков в Сахаре, что приведет к сокращению выбросов пыли, что может еще больше повлиять на глобальный климат. Изучая прошлые влажные периоды, Доктор Франческо Паусата и его коллеги из Университета Квебека в Монреале стремятся понять потенциальные будущие изменения.

Сахарский климат

Сахара в Северной Африке — самая большая жаркая пустыня на Земле. Из-за сухих условий мелкие частицы песка из пустынной земли могут легко попасть в воздух. Эта минеральная пыль из Сахары существенно влияет на глобальный климат. Он рассеивает солнечный свет и влияет на образование облаков, влияя на атмосферную циркуляцию, осадки и образование штормов. Таким образом, изменения выбросов пыли в Сахаре неразрывно связаны с глобальной климатической системой.

Однако Сахара не всегда была сухой и пыльной. В раннем и среднем голоцене — от 11 000 до 5 000 лет назад — засушливый регион превратился в луга с деревьями, озерами и реками.Доказательства этого периода «озеленения» Сахары получены из нескольких палеоклиматических архивов, таких как пыльца, найденная в отложениях, наряду с археологическими свидетельствами, указывающими на то, что люди когда-то жили, охотились и собирали глубоко в пределах нынешней пустыни.

Голоценовое озеленение является последним из череды африканских влажных периодов. Это вызвано постепенным изменением ориентации оси вращения Земли, которое происходит циклами продолжительностью около 26 000 лет. В периоды этого цикла, когда африканское летнее солнце наиболее сильное, между сушей и морем образуется больший температурный градиент. Этот увеличенный уклон усиливает африканский муссон, в результате чего осадки проникают глубже в Сахару.

Нынешний период изменения климата, вызванный антропогенными выбросами, может существенно повлиять на африканский муссон. Парниковые газы задерживают солнечное излучение близко к поверхности Земли. Земля поглощает больше радиации, чем вода, нагреваясь быстрее, что снова увеличивает разницу температур между сушей и морем, что может усилить сезон дождей и увеличить количество осадков в некоторых частях пустыни.

Выбросы минеральной пыли из Сахары зависят от засушливых условий, поэтому они чувствительны к изменениям количества осадков. Таким образом, климатические последствия будущих изменений выбросов пыли в Сахаре и соседнем регионе Сахеля могут ощущаться во всем мире.

Однако влияние озеленения северной Африки и африканских влажных периодов на глобальный климат плохо изучено. Ученые особенно обеспокоены изменениями в характере осадков, которые могут повлиять на сельскохозяйственное производство и сообщества. Это может также повлиять на тропические циклоны, одни из самых смертоносных погодных опасностей.

Изучая прошлые события озеленения Сахары, сохранившиеся в кернах морских отложений, доктор Франческо С.Р. Паусата и его коллеги из Университета Квебека в Монреале стремятся понять эти глубокие изменения в климате пустыни.Ранее ученые знали, что в прошлом Сахара была более влажной и зеленой. Однако существует неопределенность в отношении того, какие части были более влажными, насколько они были более влажными по сравнению с сегодняшним днем ​​и как это увеличение влажности повлияло на глобальный климат. Отвечая на эти фундаментальные вопросы, команда доктора Паусаты проливает свет на текущие и будущие изменения климата.

Осадки в пустыне

От 11 000 до 5 000 лет назад более влажные условия означали, что нынешняя пустыня Сахара была домом для разнообразной растительности и человеческих поселений. Понимание количества осадков, степени влажности и их влияния на жизнь человека в этот период зависит от анализа таких подсказок, как пыльцевые зерна, сохранившиеся в отчетах об отложениях.

Исследователи часто полагаются на морские и озерные отложения, чтобы получить представление о прошлом климате. Команда доктора Паусаты проанализировала океанические отложения из четырех морских кернов вдоль западноафриканского побережья. Эти ядра содержат пыль, пыльцу и другие материалы, выброшенные ветром с суши за последние 25 000 лет. Анализируя океанические отложения, отложившиеся на обширной территории, исследователи выявили древние закономерности выпадения осадков и пространственные масштабы озеленения Сахары.

Команда измерила атомы углерода и водорода с разным количеством нейтронов в их ядрах, называемых изотопами, в восковых веществах, образующихся из листьев растений. Этот листовой воск смылся в океан и сохранился в океанских отложениях, отложившихся в период озеленения. Число нейтронов в атомных ядрах углерода и водорода является ценным индикатором осадков и изменений растительности.

Доктор Паусата и его коллеги обнаружили, что период зеленой Сахары был связан с очень высоким уровнем осадков, зарегистрированным в кернах отложений. Их изотопные данные на всех участках показали, что зеленая Сахара могла быть в десять раз более влажной, чем сегодня. В регионе был сезонный тропический климат, большая часть дождя выпадала во время летнего муссона.Влажные условия простирались на север вплоть до Марокко, но сохранялись здесь в течение более короткого времени, чем в южной части Сахары.

Команда также обнаружила более сухой интервал в середине озеленения Сахары около 8000 лет назад. Согласно археологическим записям, эта пауза в дождях, длившаяся около 1000 лет, заставила людей временно покинуть этот регион.

Заброшенность южной Сахары совпадает с культурным сдвигом среди древних людей. В то время как те, кто занимал Сахару до засушливого периода, выживали за счет охоты, рыболовства и собирательства, те, кто вернулся позже, имели более разнообразную диету, частично питаясь мясом и молочными продуктами от животноводства. Доктор Паусата и его коллеги предполагают, что изменение климата стало мощным стимулом для отказа от охоты и собирательства, которые очень уязвимы для изменений окружающей среды, в пользу скотоводства.

Климатические последствия увеличения количества осадков

Команда обнаружила, что количество осадков резко увеличилось во время озеленения Сахары. Однако математические модели не могли воспроизвести эти высокие уровни осадков, а также они не могли точно смоделировать полное расширение на север озеленения Сахары, сделанное на основе анализа отложений.

Исследователи намеревались понять сложную обратную связь между пылью пустыни Сахара, растительностью и осадками в повышении интенсивности африканского муссона. Включив сокращение выбросов пыли и изменения растительности в математическую климатическую модель, они смогли воспроизвести наблюдаемые осадки на этапе озеленения. Отсутствие атмосферной пыли позволяло большему количеству солнечной радиации достигать земли и поглощаться теперь более темной почвой с растительностью, увеличивая температурный градиент суша-море и усиливая сезон дождей.

Поскольку окружающая среда Сахары напрямую влияет на глобальный климат, понимание этих обратных связей может улучшить понимание учеными глобальных атмосферных процессов.Например, Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) является одним из самых фундаментальных климатических явлений Земли. ЭНЮК — это циклическое потепление и охлаждение экваториальной части Тихого океана, влияющее на температуру и осадки во всем мире. Он реагирует на изменения солнечной радиации из-за орбитальных циклов Земли, но это не может объяснить весь диапазон изменчивости ЭНЮК в прошлом.

Используя математические модели климата, исследователи изучили влияние озеленения Сахары на ЭНСО. Они скорректировали модели, чтобы учесть увеличение растительного покрова и сокращение выбросов пыли в этот период, и обнаружили, что моделирование озеленения Сахары уменьшило прогнозируемое изменение ENSO. Продолжительность явлений Эль-Ниньо — фазы ЭНЮК с более высокими температурами поверхности океана — сократилась на целых 50 %. Они также обнаружили, что теплые фазы Эль-Ниньо были короче во время озеленения Сахары из-за более интенсивных муссонных дождей, которые охлаждали Атлантический океан и влияли на изменчивость температуры его поверхности. Такие изменения в Атлантике могут затем повлиять на циркуляцию в экваториальной части Тихого океана, влияя на состояние и интенсивность ЭНЮК.

Модели будущего изменения климата предполагают, что западноафриканский муссон может снова усилиться в будущем, вызывая изменения в растительном покрове и выбросы пыли в регионах Сахары и Сахеля. Д-р Паусата и его коллеги показали, что эти изменения могут оказать значительное влияние на изменчивость ЭНЮК. Их работа показывает, что будущие прогнозы изменения климата должны будут учитывать потенциальные изменения растительности и пыли в Сахаре.

Сахарская пыль и тропические циклоны

Тропические циклоны являются одними из самых разрушительных погодных явлений на Земле, ежегодно унося тысячи жизней во всем мире. Это интенсивные вращающиеся штормы, которые формируются над теплыми морями. Понимание их причин необходимо для прогнозирования их будущей изменчивости. Однако исторические записи об активности циклонов кратки, а осадочные свидетельства скудны.Поэтому ученые используют математические модели, чтобы исследовать активность циклонов в различных климатических условиях и предсказывать, как она может измениться в будущем.

Доктор Паусата и его коллеги исследовали, как изменения окружающей среды во время озеленения Сахары могли повлиять на активность тропических циклонов. Они провели модельное моделирование, которое учитывало увеличение солнечной радиации летом, увеличение растительного покрова и снижение выбросов пыли.

Тропические циклоны вызываются теплом и влагой теплых океанов. Однако некоторые предыдущие исследования предполагали, что активность циклонов может снизиться в условиях потепления, несмотря на более высокие температуры поверхности моря. Команда доктора Паусаты обнаружила, что, когда они рассматривали озеленение Сахары и снижение концентрации пыли, модели имитировали глобальное увеличение активности циклонов в период озеленения. Они обнаружили, что наиболее значительное повышение активности циклонов произошло в Карибском бассейне и вдоль восточного побережья Северной Америки.

В нашем нынешнем климате с его беспрецедентными темпами потепления, вызванного выбросами человека, количество осадков в пустыне Сахара может увеличиться. Исследование доктора Паусаты показывает, что более влажная Сахара и Сахель серьезно повлияют на будущее нашей планеты. Эти воздействия могут ощущаться во всем мире через воздействие уменьшения запыленности и увеличения влажности и растительности на крупномасштабную атмосферную циркуляцию. Последствия могут включать уменьшение колебаний ЭНЮК и увеличение числа разрушительных тропических циклонов. Понимание части климата пустыни является важным шагом в прогнозировании и смягчении последствий изменения климата в будущем.

Ссылка
https://doi.org/10.33548/SCIENTIA687

Познакомьтесь с исследователем

Профессор Франческо С.Р. Паусата
Департамент наук о Земле и атмосфере
Университет Квебека в Монреале (UQAM)
Монреаль, Квебек
Канада

Д-р Франческо Паузата получил докторскую степень в области геофизики в Бергенском университете, Норвегия, в 2010 году.После окончания университета работал аспирантом в Совместном исследовательском центре Европейской комиссии и Стокгольмском университете, Швеция. В настоящее время он занимает должность адъюнкт-профессора атмосферных наук в Университете Квебека в Монреале, Канада, где он также руководит магистерской программой в области атмосферных наук. Разнообразные исследовательские интересы доктора Паусаты включают прошлую и текущую изменчивость климата, вызванную антропогенными выбросами, извержениями вулканов, изменениями растительности и выбросами пыли. В Университете Квебека в Монреале он курирует студентов, аспирантов и докторантов наряду со своей исследовательской деятельностью. Доктор Паусата дал интервью национальным и международным новостным агентствам и был удостоен множества наград и премий за свой вклад в науку.

КОНТАКТ

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Канадский фонд инноваций, Фонд лидеров исследовательской инфраструктуры Джона Р. Эванса (2020–2024 гг.)

Программа FRQNT Самуэля Де Шамплена (2019 – 2021)

Грант на открытие NSERC (2018 – 2022)

ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЧТЕНИЕ

ФСР Паусата, М. Гаэтани, Г. Мессори, А. Берг, Д. М. де Соуза, Р. Ф. Сейдж, П. Б. де Менокаль, Озеленение Сахары: прошлые изменения и последствия для будущего, One Earth, 2020, 2, 235.

FSR Pausata, Q Zhang, F Muschitiello, Z Lu, L Chafik, EM Niedermeyer, JC Stager, KM Cobb, Z Liu, Озеленение Сахары подавило активность ENSO в середине голоцена, Nature Communications, 2017, 8, 16020.

ФСР Паусата, К.А. Эмануэль, М. Чиаккио, Г.Т. Дирок, К. Чжан, Л. Сушама, Дж. К. Стагер, Дж. П. Доннелли, Активность тропических циклонов, усиленная озеленением Сахары и сокращением выбросов пыли во время влажного периода Африки, PNAS, 2017, 114, 6221.

JE Tierney, FSR Pausata, PB deMenocal, Режимы осадков в Зеленой Сахаре, Science Advances, 2017, 3, e1601503.

FSR Pausata, G Messori, Q Zhang, Воздействие уменьшения количества пыли на распространение африканского муссона на север в период Зеленой Сахары, Earth and Planetary Science Letters, 2016, 434, 298.

Хотите переиздавать наши статьи?

Мы поощряем все форматы обмена и повторной публикации наших статей. Если вы хотите разместить на своем веб-сайте, публикации или блоге, мы приветствуем это. Узнать больше

Лицензия Creative Commons
(CC BY 4.0)

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Что это значит?

Делиться: Вы можете копировать и распространять материал на любом носителе или в любом формате.

Адаптировать: Вы можете изменить и использовать материал для любых целей, даже коммерческих.

Кредит: Вы должны предоставить соответствующий кредит, предоставить ссылку на лицензию и указать, были ли внесены изменения.