撒哈拉泵理論

撒哈拉幫浦理論（英語：Sahara pump theory），又稱撒哈拉泵假說，是古氣候學、生物地理學與古人類學中的一項假說，用以解釋非洲與歐亞之間動植物及人類族群在不同地質時期的擴散。此理論認為，撒哈拉沙漠並非長期維持同一種乾旱屏障，而是在軌道週期影響下反覆出現較濕潤的綠撒哈拉期（英語：Green Sahara Periods）；濕潤期形成湖泊、河流、濕地與草原，使物種可經由撒哈拉、尼羅河河谷及黎凡特等通道移動，乾旱期則使沙漠重新阻隔族群，促成隔離、退縮與分化。

支持此理論的證據來自地中海腐泥層、海洋沉積物中的風塵與植物葉蠟同位素、撒哈拉周邊洞穴石筍、古河道、湖泊沉積物、化石與考古紀錄。這些資料顯示，北非濕潤期主要受軌道強迫驅動的非洲季風變化控制，但不同區域的水汽來源、開始與結束時間並不完全一致。撒哈拉幫浦理論因此常用於討論晚新生代哺乳類擴散、人科演化，以及智人離開非洲的可能氣候窗口。

## 理論形成與機制

撒哈拉幫浦的概念可追溯至早期對非洲鳥類區系的研究；相關研究將第四紀氣候變動、森林擴張與破碎化納入非洲鳥類分布的解釋。後來的古氣候、古生物與遺傳學研究，將此一構想擴展至哺乳類、爬行類、淡水魚、無脊椎動物與人類族群。

其氣候機制主要與歲差造成的北半球夏季日射量變化有關。夏季日射量增加時，北非陸地增溫，熱帶輻合帶與非洲夏季季風雨帶向北推移，西非季風可深入今日的薩赫爾與撒哈拉內陸。較多降雨使湖泊、濕地、河流與植被擴張；植被覆蓋又會降低地表反照率、增加蒸散並改變地表能量收支，進一步放大初始的軌道訊號。

當夏季日射量下降時，季風前緣南退，撒哈拉地表逐漸轉乾，植被衰退、風塵輸出增加，原先分布於撒哈拉水系與草原中的生物退至阿特拉斯山脈、尼羅河河谷、薩赫爾或其他避難地。濕潤與乾旱階段的反覆轉換，使撒哈拉在生物地理上呈現「開放通道」與「隔離屏障」交替的作用。

## 古氣候證據

### 軌道驅動與長期紀錄

地中海海洋鑽探計畫 ODP Site 967 鑽井的磁性與地化紀錄顯示，過去約三百萬年間，北非風塵輸送與地中海腐泥沉積大致呈反向變化；風塵減少與腐泥形成常對應北半球夏季日射量偏高的時期，代表非洲季風向北推進並削弱撒哈拉塵源。更長時間尺度的綜合分析則辨識出過去約八百萬年間超過 230 次綠撒哈拉期；這些濕潤期通常在數千年內發展、維持數千年後結束，其節奏以歲差為主，並受黃赤交角與軌道離心率調節。

氣候模式結果亦支持軌道強迫與地表回饋在北非濕潤期中的作用。中全新世模擬顯示，較強的北半球夏季日射量可加強非洲夏季季風；加入植被與土壤回饋後，撒哈拉與薩赫爾的降水反應會比單純大氣強迫更明顯。另一組中全新世模擬指出，海洋與大氣之間的交互作用可提高熱帶大西洋夏末海表溫度，進一步增強北非夏季季風降水。

### 末次間冰期與末次冰期

距今約 14 萬至 11 萬年前的末次間冰期期間，內蓋夫洞穴石筍的鈾釷定年法顯示當地出現一組濕潤事件。由於內蓋夫位於撒哈拉—阿拉伯乾旱帶的東北緣，此一濕潤窗口被視為削弱非洲與黎凡特之間乾旱屏障的證據之一。利比亞古地下水與古河道的地化資料也顯示，約距今 12 萬年前可能存在由南向北延伸、通往地中海沿岸的淡水廊道，提供與尼羅河不同的北向移動路徑。

末次冰期內，北非仍有區域性濕潤階段。茅利塔尼亞外海沉積物的植物葉蠟碳同位素紀錄顯示，過去約 19.2 萬年間至少出現三次較濕潤的時期，大致對應海洋同位素階段 5、3 與 1（即全新世）；期間中央撒哈拉與薩赫爾的植被由 C4 草本為主轉為較多 C3 植物。摩洛哥 Wintimdouine 洞的石筍紀錄則顯示，海洋同位素階段 5a 期間的西北非濕潤條件可能有較多冬季西風帶降水參與，反映綠撒哈拉期未必皆由同一季風機制主導。

### 全新世非洲濕潤期

末次冰盛期後，北非於約距今 14,800 年至 5,500 年前進入非洲濕潤期。茅利塔尼亞布朗角外海的海洋鑽探計畫第 658C 號鑽孔（ODP Hole 108-658C）保存了來自西北非的風成陸源沉積物；其沉積紀錄顯示，這段濕潤期的開始與結束都相當快速，可能在數十年到數百年內完成。此快速轉變可能源於植被與海洋表面溫度等回饋，使氣候系統對緩慢的日射變化產生非線性反應。結合植被變化的氣候模式亦顯示，撒哈拉與阿拉伯地區中全新世的荒漠化可由軌道變化觸發，並受大氣、海冰與植被交互作用影響。

不過，濕潤期的終止並非全北非同步。迦納博蘇姆維湖及其他非洲水文紀錄顯示，終止時間與速度因地區而異，部分地點的乾化較為漸進。西非外海植物葉蠟氫同位素重建的降水紀錄則顯示，全新世濕潤期的北非夏季降水帶曾向北延伸至約北緯 31 度，其間約距今 8,000 年前曾發生短暫乾化事件。

撒哈拉內陸的陸地紀錄則顯示生態變化未必皆為驟變。查德北部烏尼昂加湖泊群中的約阿湖（位於今日撒哈拉極乾核心區）保存了過去約 6,000 年連續的孢粉、水生生物遺骸與沉積地化紀錄，顯示當地由草原淺湖逐步轉為荒漠環境，物種組成呈現漸進演替，未出現單一驟變事件。

## 古水系與棲地

綠撒哈拉期的地貌特色，在於今日的沙漠內部曾遍布湖泊、河流、內陸三角洲與濕地。數值地形、古水文與動物地理重建顯示，全新世濕潤期撒哈拉內部可能由多條水道與大型湖泊串聯，使淡水魚、兩棲動物與軟體動物等水生或半水生生物得以跨越今日沙漠地帶擴散。西撒哈拉外海沉積物與雷達影像也顯示，過去濕潤期曾重新啟動茅利塔尼亞沿岸一套大型埋藏古河系，可能將河流物質輸送至熱帶大西洋邊緣。

在陸域棲地方面，古湖泊、花粉、動物化石與岩畫紀錄顯示，綠撒哈拉期的北非並非今日連續沙漠，而是由草原、疏林、濕地與局部仍偏乾的地區組成的鑲嵌景觀。此一景觀可供長頸鹿、象、河馬、多種羚羊等大型草原或濕地動物向北擴散，並在乾化後造成族群退縮與地理隔離。

## 生物地理與演化意義

撒哈拉幫浦理論將北非視為非洲與歐亞之間週期性開合的生物地理通道。當濕潤期形成連續或半連續的草原、河流與湖泊時，熱帶非洲、北非與黎凡特之間的生物交換較容易發生；進入乾旱期後，沙漠阻隔使不同避難地的族群分離，可能增加遺傳分化與區域性滅絕的機會。

在更久遠的時間尺度上，哺乳類化石與古環境模擬也提供了例證。獅尾狒屬（Theropithecus）是非洲起源的靈長類，其上新世至更新世化石分布涵蓋非洲、近東、南歐與南亞部分地區；相關分析認為，晚新生代氣候與植被變化為此類群離開非洲提供了可能路徑。綠撒哈拉期也可能擴大北非可供人科利用的草原與濕地環境，使北非在某些時段成為人科族群擴張與遷徙的重要區域。

## 人類遷徙與考古紀錄

撒哈拉幫浦理論為智人離開非洲的遷徙研究提供了氣候背景：濕潤期使北非與黎凡特之間的乾旱屏障降低，乾旱期則可能迫使族群退縮至河谷、海岸或山地邊緣。內蓋夫石筍紀錄顯示，距今約 14 萬至 11 萬年前的濕潤事件與早期現代人進入黎凡特的時間相近；利比亞古河道資料則支持末次間冰期可能存在穿越撒哈拉至地中海的淡水廊道。近年的長時段氣候模擬亦顯示，軌道與冰期邊界條件會在過去 14 萬年間反覆改變北非、東非與阿拉伯半島的可居性，影響早期現代人可能使用的移動路徑。

全新世非洲濕潤期則提供較晚近的考古例證。撒哈拉內部在濕潤期最盛階段出現漁獵、狩獵、放牧與早期農業相關遺址，其分布與湖泊、河流及濕地系統密切相關。東撒哈拉的考古調查顯示，全新世早中期濕潤階段該區經歷大規模聚落擴張；約距今 7,300 年起隨著乾化加劇，人類活動逐漸退縮至綠洲與尼羅河河谷，聚落分布與湖泊及地下水位變遷密切相關。隨著濕潤期結束，北非許多聚落與生計型態發生調整；部分人群可能轉向尼羅河河谷、北非沿岸或薩赫爾地區，轉變的時間與方式因各地水文條件而不同。

## 外部連結

- End of the African Humid Period（美國國家環境資訊中心）