Os ciclos climáticos do norte da África têm uma história única que pode ser rastreada há milhões de anos. O padrão climático cíclico do Saara é caracterizado por mudanças significativas na força da Monção do Norte da África. Quando a Monção do Norte da África está mais forte, a precipitação anual e, consequentemente, a vegetação na região do Saara aumentam, resultando em condições comumente chamadas de “”. Quando a monção do norte da África é relativamente fraca, ocorre o oposto, com diminuição da precipitação anual e menos vegetação, resultando em uma fase do ciclo climático do Saara conhecida como “Saara desértico”.Foley, Jonathan A.; Coe, Michael T.; Scheffer, Marten; Wang, Guiling (1 de Outubro de 2003). "Regime Shifts in the Sahara and Sahel: Interactions between Ecological and Climatic Systems in Northern Africa". Ecosystems. 6 (6): 524–539. Bibcode:2003Ecosy...6..524F. CiteSeerX 10.1.1.533.5471. doi:10.1007/s10021-002-0227-0. S2CID 12698952.

As variações no clima da região do Saara podem, no nível mais simples, ser atribuídas às mudanças na insolação devido a mudanças lentas nos parâmetros orbitais da Terra. Os parâmetros incluem a precessão dos equinócios, a obliquidade e a excentricidade, conforme estabelecido pela teoria de Milankovitch.Larrasoaña, J. C.; Roberts, A. P.; Rohling, E. J.; Winklhofer, M.; Wehausen, R. (1 de Dezembro de 2003). "Three million years of monsoon variability over the northern Sahara". Climate Dynamics. 21 (7–8): 689–698. Bibcode:2003ClDy...21..689L. doi:10.1007/s00382-003-0355-z. S2CID 13570818. A precessão dos equinócios é considerada o parâmetro orbital mais importante na formação do ciclo do “Saara verde” e do “Saara deserto”.

Um artigo do MIT de janeiro de 2019 publicado na mostra um ciclo de umidade para secura a cada 20.000 anos, aproximadamente.

Hipótese da monção orbital

Desenvolvimento A ideia de que as alterações na insolação causadas por mudanças nos parâmetros orbitais da Terra são um fator de controle para as variações de longo prazo na força dos padrões de monções em todo o mundo foi sugerida pela primeira vez por Rudolf Spitaler no final do século XIX,Ruddiman, William F. (2001). Earth's Climate: Past and Future. New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 9780716737414. A hipótese foi posteriormente proposta e testada formalmente pelo meteorologista em 1981.Kutzbach, J.E. (2 de Outubro de 1981). "Monsoon Climate of the Early Holocene: Climate Experiment with the Earth's Orbital Parameters for 9000 Years Ago". Science. 214 (4516): 59–61. Bibcode:1981Sci...214...59K. doi:10.1126/science.214.4516.59. PMID 17802573. S2CID 10388125. As ideias de Kutzbach sobre os impactos da insolação nos padrões globais de monções tornaram-se amplamente aceitas atualmente como o fator subjacente dos ciclos de monções de longo prazo. Kutzbach nunca nomeou formalmente sua hipótese e, portanto, ela é chamada aqui de “Hipótese da Monção Orbital”, conforme sugerido por Ruddiman em 2001.

Insolação A insolação, que é simplesmente uma medida da quantidade de radiação solar recebida em uma determinada área de superfície em um determinado período de tempo, é o fator fundamental por trás da Hipótese da Monção Orbital. Devido às variações na capacidade de aquecimento, os continentes se aquecem mais rapidamente do que os oceanos ao redor durante os meses de verão quando a insolação é mais forte, e se resfriam mais rapidamente do que os oceanos ao redor durante os meses de inverno quando a insolação é mais fraca. O padrão de vento resultante do gradiente de temperatura de insolação continente/oceano é conhecido como monção.

Os valores de insolação do verão são mais importantes para o clima de uma região do que os valores do inverno, isso ocorre porque a fase de inverno de uma monção é sempre seca. Assim, a flora e a fauna de um clima de monção são determinadas pela quantidade de chuva que cai durante a fase de verão da monção. Durante períodos de dezenas a centenas de milhares de anos, a quantidade de insolação muda em um ciclo altamente complexo que se baseia em parâmetros orbitais. O resultado desse ciclo de insolação é o aumento e a diminuição da força dos climas de monções em todo o mundo, uma ampla gama de evidências geológicas mostrou que a Monção do Norte da África é, particularmente, suscetível aos ciclos de insolação, e as tendências de longo prazo na força das monções podem ser associadas a variações lentas na insolação. Entretanto, as mudanças abruptas entre o “Saara verde” e o “Saara desértico” não são totalmente explicadas por mudanças de longo prazo no ciclo de insolação.

Precessão A precessão dos equinócios na Terra pode ser dividida em duas fases distintas, a primeira fase é criada por uma oscilação do eixo de rotação da Terra e é conhecida como precessão axial, já a segunda fase é conhecida como precessão apsidal ou procissão da elipse e está relacionada à rotação lenta da órbita elíptica da Terra ao redor do Sol. Quando combinadas, essas duas fases criam uma precessão dos equinócios que tem um ciclo forte de 23.000 anos e um ciclo fraco de 19.000 anos.

Descobriu-se que as variações na intensidade da Monção do Norte da África estão fortemente relacionadas ao ciclo de precessão mais forte de 23.000 anos.Gasse, Françoise (Janeiro de 2000). "Hydrological changes in the African tropics since the Last Glacial Maximum". Quaternary Science Reviews. 19 (1–5): 189–211. Bibcode:2000QSRv...19..189G. doi:10.1016/S0277-3791(99)00061-X.Tuenter, E.; Weber, S.L.; Hilgen, F.J.; Lourens, L.J. (Maio de 2003). "The response of the African summer monsoon to remote and local forcing due to precession and obliquity". Global and Planetary Change. 36 (4): 219–235. Bibcode:2003GPC....36..219T. doi:10.1016/S0921-8181(02)00196-0. A relação entre o ciclo de precessão e a intensidade da Monção do Norte da África existe porque a precessão afeta a quantidade de insolação recebida em um determinado hemisfério. A quantidade de insolação é maximizada no hemisfério norte quando o ciclo de precessão está alinhado de forma que o hemisfério norte aponta para o sol no periélio. De acordo com a Hipótese da Monção Orbital, esse máximo de insolação aumenta a força das circulações de monções no hemisfério norte. No extremo oposto do espectro, quando o hemisfério norte está voltado para o sol durante o afélio, há um mínimo de insolação e a monção do norte da África está mais fraca.

Obliquidade A obliquidade, também conhecida como inclinação (axial), refere-se ao ângulo que o eixo de rotação da Terra faz com uma linha perpendicular ao plano orbital da Terra. A inclinação atual do eixo da Terra é de aproximadamente 23,5°, entretanto, durante longos períodos de tempo, a inclinação do eixo de rotação da Terra muda devido à distribuição desigual de massa no planeta e às interações gravitacionais com o Sol, a Lua e outros planetas. Devido a essas interações, a inclinação do eixo de rotação da Terra varia entre 22,2° e 24,5° em um ciclo de 41.000 anos.

A modulação do ciclo de insolação impulsionado pela precessão é o principal impacto da obliquidade na Monção do Norte da África. Evidências do impacto da obliquidade sobre a intensidade da Monção do Norte da África foram encontradas em registros de depósitos de poeira de núcleos oceânicos no Mediterrâneo Oriental que ocorrem como resultado de processos eólicos. Essas evidências exigem mecanismos de feedback complexos para explicar, já que o impacto mais forte da obliquidade sobre a insolação é encontrado nas altas latitudes. Foram propostos dois mecanismos possíveis para a existência de um traçador de obliquidade encontrado nos depósitos de poeira eólica do Mediterrâneo Oriental. O primeiro deles sugere que, em épocas de maior obliquidade, o gradiente de temperatura entre os polos e o equador no hemisfério sul é maior durante o verão boreal (verão no hemisfério norte). Como resultado desse gradiente, a força da Monção do Norte da África aumenta. Uma segunda teoria que pode explicar a existência de uma assinatura de obliquidade no registro climático do norte da África sugere que a obliquidade pode estar relacionada a mudanças na latitude dos trópicos. A extensão latitudinal dos trópicos é definida, a grosso modo, pelo caminho errante máximo do , uma área que hoje está localizada entre o Trópico de Capricórnio e o Trópico de Câncer. Entretanto, à medida que a obliquidade muda, o caminho errante geral do equador térmico se desloca entre 22,2° e 24,5° para o norte e para o sul. Essa oscilação pode afetar o posicionamento da Frente da Monção de Verão do Norte da África e, portanto, afetar a percepção da força da Monção do Norte da África. Uma confirmação adicional dos impactos da obliquidade na Monção do Norte da África foi fornecida por um modelo climático global totalmente acoplado de atmosfera-oceano-gelo marinho, que confirmou que a precessão e a obliquidade podem se combinar para aumentar a precipitação no Norte da África por meio de feedbacks de insolação.

Excentricidade A excentricidade orbital é uma medida do desvio da órbita da Terra em relação a um círculo perfeito. Se a órbita da Terra fosse um círculo perfeito, a excentricidade teria um valor de 0, e o valor de 1 indicaria uma parábola. A Terra tem dois ciclos de excentricidade que ocorrem em ciclos de 100.000 e 400.000 anos. Ao longo dos anos, a excentricidade da Terra variou entre 0,005 e 0,0607; atualmente, a excentricidade da órbita da Terra é de aproximadamente 0,0167. Embora o valor da excentricidade afete a distância da Terra em relação ao Sol, seu principal impacto sobre a insolação vem de seu efeito modulador sobre o ciclo de procissão. Por exemplo, quando a órbita da Terra é altamente elíptica, um hemisfério terá verões quentes e invernos frios, o que corresponde a um gradiente de insolação anual maior do que a média. Ao mesmo tempo, o outro hemisfério terá verões quentes e invernos frios devido a um gradiente de insolação anual menor do que a média.

Assim como a obliquidade, a excentricidade não é considerada um fator primário da força da Monção do Norte da África. Em vez disso, a excentricidade modula a amplitude dos máximos e mínimos de insolação que ocorrem devido ao ciclo de precessão. Um forte apoio à modulação do ciclo de precessão pela excentricidade pode ser encontrado nos depósitos de poeira eólica no Mediterrâneo Oriental. Após um exame minucioso, é possível demonstrar que os períodos de fluxos baixos e altos de hematita correspondem aos ciclos de excentricidade de 100.000 e 400.000 anos. Acredita-se que essa evidência dos ciclos de excentricidade no registro de poeira do Mediterrâneo Oriental indique uma progressão mais forte para o norte da Frente Monssonal do Norte da África durante os períodos em que os máximos de insolação da excentricidade e da precessão coincidem. O efeito modulador da excentricidade no ciclo de precessão também foi demonstrado com o uso de um modelo climático global de gelo marinho-oceano-atmosfera totalmente acoplado.

Atraso