En 1961, John Kutzbach, puis un récent diplômé de l'université, était stationné en France en tant que prévisionniste météorologique pour l'aviation pour l'U.S. Air Force. Là, il s'est retrouvé à explorer les grottes étagées de Dordogne, dont les grottes peintes préhistoriques de Lascoux.

En pensant aux peuples et aux animaux anciens qui se seraient rassemblés dans ces grottes pour se réchauffer et s'abriter, il s'intéresse à la glaciologie. "C'était intéressant pour moi, en tant que météorologue, que les gens vivraient si près d'une calotte glaciaire, " dit Kutzbach, professeur émérite à l'Université du Wisconsin-Madison en sciences atmosphériques et océaniques et au Nelson Institute for Environmental Studies.

Kutzbach a poursuivi une carrière en étudiant comment les changements dans les mouvements de la Terre dans l'espace - la forme de son orbite, son inclinaison sur son axe, son oscillation et d'autres facteurs, y compris la couverture de glace et les gaz à effet de serre, affecter son climat. De nombreuses années après s'être délecté de l'art rupestre de l'ère glaciaire, aujourd'hui, il essaie de mieux comprendre comment les changements climatiques de la Terre ont pu influencer la migration humaine hors d'Afrique.

Dans une étude récente publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , Kutzbach et une équipe de chercheurs retracent les changements de climat et de végétation en Afrique, l'Arabie et la Méditerranée depuis 140 ans, 000 ans pour aider les autres à étudier les influences sous-jacentes à la dispersion humaine.

L'étude décrit un modèle dynamique de climat et de végétation qui explique quand les régions d'Afrique, régions du Moyen-Orient, et la Méditerranée étaient plus humides et plus sèches et comment la composition végétale a changé en tandem, fournissant éventuellement des couloirs de migration à travers le temps.

"On ne sait pas vraiment pourquoi les gens bougent, mais si la présence de plus de végétation est utile, ce sont les temps qui leur auraient été avantageux, ", dit Kutzbach.

Le modèle éclaire également les relations entre le climat de la Terre et son orbite, concentrations de gaz à effet de serre, et ses calottes glaciaires.

Par exemple, le modèle montre qu'environ 125, il y a 000 ans, L'Afrique du Nord et la péninsule arabique ont connu des pluies de mousson estivales accrues et atteignant davantage le nord, ce qui a entraîné un rétrécissement des déserts sahariens et arabes en raison de l'augmentation des prairies. À la fois, en Méditerranée et au Levant (zone qui comprend la Syrie, Liban, Jordan, Israël et Palestine), Les précipitations sur la voie des tempêtes hivernales ont également augmenté.

Ces changements ont été entraînés par la position de la Terre par rapport au soleil. L'hémisphère nord à l'époque était aussi proche que possible du soleil pendant l'été, et aussi loin que possible pendant l'hiver. Il en est résulté chaud, étés humides et hivers froids.

"C'est comme si deux mains se rencontraient, ", dit Kutzbach. "Il y a eu des pluies estivales plus fortes dans le Sahara et des pluies hivernales plus fortes en Méditerranée."

Étant donné la nature des mouvements orbitaux de la Terre, collectivement appelés cycles de Milankovitch, la région doit être positionnée de cette façon environ tous les 21, 000 ans. Tous les 10, 000 ans environ, l'hémisphère nord serait alors à son point le plus éloigné du soleil pendant l'été, et le plus proche en hiver.

En effet, le modèle a montré de fortes augmentations des précipitations et de la végétation à 125, 000, à 105, 000, et à 83 ans, il y a 000 ans, avec des diminutions correspondantes à 115, 000, à 95 ans, 000 et à 73, il y a 000 ans, lorsque les moussons d'été ont diminué en ampleur et sont restées plus au sud.

Entre environ 70, 000 et 15, il y a 000 ans, La Terre était dans une période glaciaire et le modèle a montré que la présence de calottes glaciaires et la réduction des gaz à effet de serre augmentaient les tempêtes méditerranéennes hivernales mais limitaient le recul vers le sud de la mousson d'été. La réduction des gaz à effet de serre a également provoqué un refroidissement près de l'équateur, entraînant un climat plus sec et une couverture forestière réduite.

Ces modèles régionaux changeants de climat et de végétation pourraient avoir créé des gradients de ressources pour les humains vivant en Afrique, la migration vers l'extérieur vers des zones avec plus d'eau et de vie végétale.

Pour l'étude, les chercheurs, y compris les collègues UW-Madison de Kutzbach Ian Orland et Feng He, avec des chercheurs de l'Université de Pékin et de l'Université de l'Arizona, utilisé la version 3 du modèle de système climatique communautaire du National Center for Atmospheric Research. Ils ont effectué des simulations qui tenaient compte des seuls changements orbitaux, changements orbitaux et gaz à effet de serre combinés, et un troisième qui combinait ces influences plus l'influence des calottes glaciaires.

C'est Kutzbach qui, dans les années 1970 et 1980, a confirmé que les changements dans l'orbite de la Terre peuvent entraîner la force des moussons d'été dans le monde entier en influençant la quantité de lumière solaire, et donc, combien de réchauffement atteint une partie donnée de la planète.

Il y a quarante ans, il y avait des preuves de fortes moussons périodiques en Afrique, mais personne ne savait pourquoi, dit Kutzbach. Il a montré que les changements orbitaux sur Terre pourraient conduire à des étés plus chauds et ainsi, des moussons plus fortes. Il a également lu des périodes de « verdissement » au Sahara, souvent utilisé pour expliquer les premières migrations humaines vers le Moyen-Orient typiquement aride.

« Mes premiers travaux m'ont préparé à y penser, " il dit.

Ses travaux de modélisation actuels concordent pour la plupart avec les données collectées dans chaque région, y compris les preuves observées dans les anciens lits de lacs, relevés polliniques, caractéristiques de la grotte, et les sédiments marins. Une étude récente menée par Orland a utilisé des archives rupestres du Levant pour montrer que les moussons d'été ont atteint la région vers 125, il y a 000 ans.

"Nous nous trompons sur certaines choses (dans le modèle), " dit Kutzbach, donc l'équipe continue de l'affiner. Par exemple, le modèle ne fait pas assez froid dans le sud de l'Europe pendant la période glaciaire et tous les changements de végétation ne correspondent pas aux données observées. La puissance de calcul s'est également améliorée depuis qu'ils ont exécuté le modèle.

"Ce n'est en aucun cas le dernier mot, ", dit Kutzbach. "Les résultats devraient être examinés à nouveau avec un modèle à résolution encore plus élevée."