撒哈拉泵理论

撒哈拉泵理论（英语：Sahara pump theory），又称撒哈拉泵假说，是古气候学、生物地理学与古人类学中的一项假说，用以解释非洲与欧亚之间动植物及人类族群在不同地质时期的扩散。此理论认为，撒哈拉沙漠并非长期维持同一种干旱屏障，而是在轨道周期影响下反复出现较湿润的绿撒哈拉期（英语：Green Sahara Periods）；湿润期形成湖泊、河流、湿地与草原，使物种可经由撒哈拉、尼罗河河谷及黎凡特等通道移动，干旱期则使沙漠重新阻隔族群，促成隔离、退缩与分化。

支持此理论的证据来自地中海腐泥层、海洋沉积物中的风尘与植物叶蜡同位素、撒哈拉周边洞穴石笋、古河道、湖泊沉积物、化石与考古纪录。这些资料显示，北非湿润期主要受轨道强迫驱动的非洲季风变化控制，但不同区域的水汽来源、开始与结束时间并不完全一致。撒哈拉泵理论因此常用于讨论晚新生代哺乳类扩散、人科演化，以及智人离开非洲的可能气候窗口。

## 理论形成与机制

撒哈拉泵的概念可追溯至早期对非洲鸟类区系的研究；相关研究将第四纪气候变动、森林扩张与破碎化纳入非洲鸟类分布的解释。后来的古气候、古生物与遗传学研究，将此一构想扩展至哺乳类、爬行类、淡水鱼、无脊椎动物与人类族群。

其气候机制主要与岁差造成的北半球夏季日射量变化有关。夏季日射量增加时，北非陆地增温，热带辐合带与非洲夏季季风雨带向北推移，西非季风可深入今日的萨赫尔与撒哈拉内陆。较多降雨使湖泊、湿地、河流与植被扩张；植被覆盖又会降低地表反照率、增加蒸散并改变地表能量收支，进一步放大初始的轨道讯号。

当夏季日射量下降时，季风前缘南退，撒哈拉地表逐渐转干，植被衰退、风尘输出增加，原先分布于撒哈拉水系与草原中的生物退至阿特拉斯山脉、尼罗河河谷、萨赫尔或其他避难地。湿润与干旱阶段的反复转换，使撒哈拉在生物地理上呈现“开放通道”与“隔离屏障”交替的作用。

## 古气候证据

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### 轨道驱动与长期纪录

地中海海洋钻探计划 ODP Site 967 钻井的磁性与地化纪录显示，过去约三百万年间，北非风尘输送与地中海腐泥沉积大致呈反向变化；风尘减少与腐泥形成常对应北半球夏季日射量偏高的时期，代表非洲季风向北推进并削弱撒哈拉尘源。更长时间尺度的综合分析则辨识出过去约八百万年间超过 230 次绿撒哈拉期；这些湿润期通常在数千年内发展、维持数千年后结束，其节奏以岁差为主，并受黄赤交角与轨道离心率调节。

气候模式结果亦支持轨道强迫与地表回馈在北非湿润期中的作用。中全新世模拟显示，较强的北半球夏季日射量可加强非洲夏季季风；加入植被与土壤回馈后，撒哈拉与萨赫尔的降水反应会比单纯大气强迫更明显。另一组中全新世模拟指出，海洋与大气之间的交互作用可提高热带大西洋夏末海表温度，进一步增强北非夏季季风降水。

### 末次间冰期与末次冰期

距今约 14 万至 11 万年前的末次间冰期期间，内盖夫洞穴石笋的铀钍定年法显示当地出现一组湿润事件。由于内盖夫位于撒哈拉—阿拉伯干旱带的东北缘，此一湿润窗口被视为削弱非洲与黎凡特之间干旱屏障的证据之一。利比亚古地下水与古河道的地化资料也显示，约距今 12 万年前可能存在由南向北延伸、通往地中海沿岸的淡水廊道，提供与尼罗河不同的北向移动路径。

末次冰期内，北非仍有区域性湿润阶段。毛里塔尼亚外海沉积物的植物叶蜡碳同位素纪录显示，过去约 19.2 万年间至少出现三次较湿润的时期，大致对应海洋同位素阶段 5、3 与 1（即全新世）；期间中央撒哈拉与萨赫尔的植被由 C4 草本为主转为较多 C3 植物。摩洛哥 Wintimdouine 洞的石笋纪录则显示，海洋同位素阶段 5a 期间的西北非湿润条件可能有较多冬季西风带降水参与，反映绿撒哈拉期未必皆由同一季风机制主导。

### 全新世非洲湿润期

末次冰盛期后，北非于约距今 14,800 年至 5,500 年前进入非洲湿润期。毛里塔尼亚布朗角外海的海洋钻探计划第 658C 号钻孔（ODP Hole 108-658C）保存了来自西北非的风成陆源沉积物；其沉积纪录显示，这段湿润期的开始与结束都相当快速，可能在数十年到数百年内完成。此快速转变可能源于植被与海洋表面温度等回馈，使气候系统对缓慢的日射变化产生非线性反应。结合植被变化的气候模式亦显示，撒哈拉与阿拉伯地区中全新世的荒漠化可由轨道变化触发，并受大气、海冰与植被交互作用影响。

不过，湿润期的终止并非全北异步。加纳博苏姆维湖及其他非洲水文纪录显示，终止时间与速度因地区而异，部分地点的乾化较为渐进。西非外海植物叶蜡氢同位素重建的降水纪录则显示，全新世湿润期的北非夏季降水带曾向北延伸至约北纬 31 度，其间约距今 8,000 年前曾发生短暂乾化事件。

撒哈拉内陆的陆地纪录则显示生态变化未必皆为骤变。查德北部乌尼昂加湖泊群中的约阿湖（位于今日撒哈拉极干核心区）保存了过去约 6,000 年连续的孢粉、水生生物遗骸与沉积地化纪录，显示当地由草原浅湖逐步转为荒漠环境，物种组成呈现渐进演替，未出现单一骤变事件。

## 古水系与栖地

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绿撒哈拉期的地貌特色，在于今日的沙漠内部曾遍布湖泊、河流、内陆三角洲与湿地。数值地形、古水文与动物地理重建显示，全新世湿润期撒哈拉内部可能由多条水道与大型湖泊串联，使淡水鱼、两栖动物与软体动物等水生或半水生生物得以跨越今日沙漠地带扩散。西撒哈拉外海沉积物与雷达影像也显示，过去湿润期曾重新启动毛里塔尼亚沿岸一套大型埋藏古河系，可能将河流物质输送至热带大西洋边缘。

在陆域栖地方面，古湖泊、花粉、动物化石与岩画纪录显示，绿撒哈拉期的北非并非今日连续沙漠，而是由草原、疏林、湿地与局部仍偏干的地区组成的镶嵌景观。此一景观可供长颈鹿、象、河马、多种羚羊等大型草原或湿地动物向北扩散，并在乾化后造成族群退缩与地理隔离。

## 生物地理与演化意义

撒哈拉泵理论将北非视为非洲与欧亚之间周期性开合的生物地理通道。当湿润期形成连续或半连续的草原、河流与湖泊时，热带非洲、北非与黎凡特之间的生物交换较容易发生；进入干旱期后，沙漠阻隔使不同避难地的族群分离，可能增加遗传分化与区域性灭绝的机会。

在更久远的时间尺度上，哺乳类化石与古环境模拟也提供了例证。狮尾狒属（Theropithecus）是非洲起源的灵长类，其上新世至更新世化石分布涵盖非洲、近东、南欧与南亚部分地区；相关分析认为，晚新生代气候与植被变化为此类群离开非洲提供了可能路径。绿撒哈拉期也可能扩大北非可供人科利用的草原与湿地环境，使北非在某些时段成为人科族群扩张与迁徙的重要区域。

## 人类迁徙与考古纪录

撒哈拉泵理论为智人离开非洲的迁徙研究提供了气候背景：湿润期使北非与黎凡特之间的干旱屏障降低，干旱期则可能迫使族群退缩至河谷、海岸或山地边缘。内盖夫石笋纪录显示，距今约 14 万至 11 万年前的湿润事件与早期现代人进入黎凡特的时间相近；利比亚古河道资料则支持末次间冰期可能存在穿越撒哈拉至地中海的淡水廊道。近年的长时段气候模拟亦显示，轨道与冰期边界条件会在过去 14 万年间反复改变北非、东非与阿拉伯半岛的可居性，影响早期现代人可能使用的移动路径。

全新世非洲湿润期则提供较晚近的考古例证。撒哈拉内部在湿润期最盛阶段出现渔猎、狩猎、放牧与早期农业相关遗址，其分布与湖泊、河流及湿地系统密切相关。东撒哈拉的考古调查显示，全新世早中期湿润阶段该区经历大规模聚落扩张；约距今 7,300 年起随着乾化加剧，人类活动逐渐退缩至绿洲与尼罗河河谷，聚落分布与湖泊及地下水位变迁密切相关。随着湿润期结束，北非许多聚落与生计型态发生调整；部分人群可能转向尼罗河河谷、北非沿岸或萨赫尔地区，转变的时间与方式因各地水文条件而不同。

## 外部链接

- End of the African Humid Period（美国国家环境资讯中心）