一、撒哈拉沙漠概述
撒哈拉沙漠(SaharaDesert)，是世界上最大面積的沙漠，也是典型的熱帶荒漠。它橫貫非洲大陸北部10個不同的國家。「撒哈拉」一詞，阿拉伯語的原意是「廣闊的不毛之地」，後來轉意為大荒漠。撒哈拉沙漠西瀕大西洋，北臨阿特拉斯山脈和地中海，東為紅海，南為薩赫勒一個半沙漠草原的過渡區。
它東西長達5600公裡,南北寬約1600公裡,總面積約9,065,000平方公裡，略小於中國陸地的面積，約佔非洲總面積撒哈拉大沙漠32%。跟其它沙漠一樣，撒哈拉沙漠每年平均降雨量不足22毫米，它是自然條件最為嚴酷的沙漠。
撒哈拉沙漠的地理位置圖（據網際網路資料）
撒哈拉沙漠地處副熱帶高壓帶，氣候炎熱乾燥。撒哈拉沙漠水源貧乏，植物稀少，地勢平緩，平均海拔高度約300米左右，中部有三大高原和海拔3415米的最高峰庫西山。高原上布滿了在過去潮溼氣候時期流水形成的幹河谷。高原外圍是大片巖漠和礫漠，再向外是沙海，沙漠裡點綴著寥若晨星的綠洲。
這裡的氣溫年變化和日變化都達到15℃～30℃，絕對最高氣溫達45℃以上，地表溫度可達70℃。年降水量除邊緣地區外，絕大部分地區不足50毫米，有些地區常年萬裡晴空，不見滴雨。撒哈拉沙漠風沙盛行，沙暴頻繁，尤其春季，是沙暴的高發季節。
北非地區及撒哈拉沙漠衛星遙感圖（據百度地圖）
撒哈拉沙漠常年處於副熱帶高壓和信風控制下，盛行熱帶大陸氣團，氣流下沉，氣候乾燥而形成（宮素平，2004）。由兩種氣候情勢所主宰：北部是乾旱副熱帶氣候，南部是乾旱熱帶氣候。北非位於北回歸線兩側，常年受副熱帶高氣壓帶控制，盛行乾熱的下沉氣流，且非洲大陸南窄北寬，受副熱帶高壓帶控制的範圍大，乾熱面積廣。北非與亞洲大陸緊鄰，東北信風從東部陸地吹來，不易形成降水，使北非更加乾燥。北非海岸線平直，東側有衣索比亞高原，對溼潤氣流起阻擋作用，使廣大內陸地區受不到海洋的影響。北非西岸有加那利寒流經過，對西部沿海地區起到降溫減溼作用，使沙漠逼近西海岸。
1982年，阿爾及利亞塔西利巖畫作為文化與自然遺產，被列入世界遺產名錄。其15000多幅繪畫和雕塑作品，記錄了公元前至公元初幾個世紀撒哈拉沙漠邊緣地區的氣候變化、動物遷徙和人類生活進化。按照對非洲史前時代的分期，可以將不同風格的巖畫分成了狩獵時期、飼養牲畜時期、牧人時期、駱駝時期（人民網，2020）。
二、撒哈拉沙漠的地貌特徵
撒哈拉沙漠分為幾部分：西撒哈拉；中部高原山地(包括位於阿爾及利亞的阿哈加爾高原，位於尼日的艾爾高原和位於查德的提貝斯提高原)；東部是最為荒涼的區域，為特內雷沙漠和利比亞沙漠。撒哈拉沙漠的最高點為位於提貝斯提高原中的庫西山，海拔為3415米。
撒哈拉沙漠主要的地形特色包括：淺而季節性泛濫的盆地和大綠洲窪地，高地多石，山脈陡峭，以及遍布沙灘、沙丘和沙海。北非地形單一，地勢平坦，起伏不大，氣候單一，形成大面積的沙漠地區。
撒哈拉沙漠地貌高程圖（據網際網路資料）
撒哈拉沙漠地貌高程圖（左圖）及盆地分布圖（右圖）（據網際網路資料）
撒哈拉沙漠周圍的水系
撒哈拉沙漠的沙丘儲有相當數量的雨水，沙漠中的各處陡崖有滲水和泉水出現。有多條河源自撒哈拉沙漠外，為沙漠內提供了地面水和地下水，並吸收其水系網放出來的水。
尼羅河的主要支流在撒哈拉沙漠匯集，河流沿著沙漠東邊緣向北流入地中海；有幾條河流入撒哈拉沙漠南面的查德湖，還有相當數量的水繼續流往東北方向重新灌滿該地區的蓄水層；尼日河水在幾內亞的富塔賈隆地區上漲，流經撒哈拉沙漠西南部然後向南流入海。
非洲大陸的水系圖（左圖）及降水量分布圖（右圖）（據網際網路資料）
從阿特拉斯山脈和利比亞、突尼西亞、阿爾及利亞以及摩洛哥的沿海高地流入的溪流和乾河床(季節性溪流)提供了額外的水量。與提貝提斯山脈相關的乾河床、湖泊、池塘組成的綜合網絡，以及塔西利-恩-阿耶(Tassili-n-Ajjer)和阿哈加爾山脈的類似網絡，如塔曼拉基特(Tamanrasset)河。
撒哈拉之眼衛星遙感圖（理察地質穹窿構造）（據網際網路資料）
三、歷史上的撒哈拉沙漠
近三四萬年以來，撒哈拉地區的氣候經歷了幾次明顯的乾燥期和溼潤期的交替變化。在距今4萬年至2萬年以前，這裡處於溼潤氣候時期。此時，降水量較大，地面蒸發量較小，植物茂盛，河流縱橫，湖泊成群，洪水經常泛濫。至距今2萬年至1萬年以前，這裡氣候變為乾燥，降水量減少，地面蒸發量增大，植物稀少，河流斷水成為幹河谷，湖泊縮小甚至乾涸或鹽化為鹹水湖，風沙頻繁，沙漠範圍大大擴展。在這乾燥期以後，這裡的氣候又趨向溼潤。至公元前3500年前後，撒哈拉地區已變為高溫潮溼氣候。這時，雨量豐沛，草木繁茂，湖河充盈，水域面積達到最大，原來的沙漠面積大為縮小。
公元前3500年以後，撒哈拉地區氣候又趨向乾燥，茂盛的森林逐漸轉化為草原，成為黃牛、綿羊、羚羊、長頸鹿等動物的樂園。河馬、水牛等動物絕跡，捕魚業也不復存在。公元前2000 年以後，氣候乾燥程度加劇，只有公元前750年和公元500年前後有過兩次短暫的雨水稍多時期。由於氣候長期乾燥，導致河流斷流，湖泊變小、乾涸或消失，植被枯萎退化，由草原變為沙漠，許多草原動物被迫退出撒哈拉的歷史舞臺。
在撒哈拉沙漠之下存在古老河流系統以及動植物的痕跡，這是撒哈拉曾是一片綠洲的證據。撒哈拉沙漠在「非洲溼潤期」還是一片綠洲，由於季風，那時的非洲西部比今天更為溼潤。直到金字塔時期(4.5ka BP),撒哈拉還不像現在這樣是極端乾旱的瀚海,而是真正的陸地與湖泊。通過對軟體動物的殼、硅藻、湖泊沉積和水生大型動物的骨骼分析表明,那時有永久性的淡水。許多壯麗的巖畫，說明當時的生態與現在完全不同,被稱為綠色的撒哈拉（王紹武，2009）。
溼潤時期大約開始於12萬年以前，當時有寬闊的河流穿過撒哈拉大地，為人類提供了適宜的遷移通道（MichaelBalter，2009）。現在被掩埋的河道曾經是奔騰的河流，河水來自提貝斯提山脈一直流到地中海。哈拉走廊（利比亞）也可能曾經是人類祖先離開非洲大陸東部，移居歐亞大陸所經過的路徑之一（美國國家地理，2009）。
衛星遙感解譯研究表明（USGS，2020），全新世巨型查德湖興盛的時候，風從東北方向吹來，推動水流將沙子和沉積物推向西南方向。查德湖仍然坐落在它古老的陰影裡，但是僅僅用了幾百年的時間，它就縮小到了現在的350平方公裡。
撒哈拉沙漠東北部，在12000 a BP前出現了代表溼潤氣候記錄的湖相沉積；全新世以來，在9900－2400a BP，形成了大面積的連續後，並在9800－6450 a BP．達到鼎盛時期在6000 a BP－3600 a BP前，湖泊化進入波動期，反映該時期氣候環境周期性的變化，並具有600年的準周期，撒哈沙漠東北全新世溼潤時期（張虎才，1997）。
推測的歷史上的撒哈拉（溼潤期巨型古湖的恢復圖）
（公元前7000-3000年）（據網際網路資料）
公元前7000年至3000年之間，撒哈拉並非為現今的沙漠，這裡當時為草原，點綴著一些淺湖。古人類利用這裡的水路穿越非洲。它歷史記錄保留有巖石藝術品和乾涸河床。
撒哈拉沙漠的古湖分布圖（據網際網路資料）
撒哈拉沙漠的古湖分布圖（據網際網路資料）
四、撒哈拉沙漠的地質特徵
非洲大陸的地貌高程圖（左圖）（據網際網路資料）
白堊紀陸內斷裂構造分布圖（右圖）（Pérez-Díaz et al.,2014）
BT 貝努埃槽、CARS中非剪切帶、EARS東非裂谷系、NBT北貝努埃槽、WARS西非裂谷系、粗斷續為調節帶
非洲北部區域構造圖（Yshellnutt et al.,2015）
展示中生代的裂谷盆地及二疊紀巖漿活動
海西期不整合面之下的撒哈拉和阿拉伯區域的地質簡圖
(de Lamotte et al.，2013)
A.岡瓦納超大陸構造裂解，非洲大陸向北漂移(Pokorny et al.，2015)
B.非洲新近紀的主要氣候事件(Senut et al.，2009)
左圖：新近紀早期中非比北非更乾旱，剛果盆地為沙漠半乾旱地區。非洲西南部的沙漠化，始於中新世中期，逐漸向東和向北發展，隨著撒哈拉沙漠形成而終結。與此相反的是，中非由於地面沉降和東非抬升，變成了熱帶氣候
右圖：非洲地區現代植被帶分布示意圖，顯示主要沙漠和雨林避難所分布情況(如，東弧山/幾內亞-剛果地區，後者分裂成較小避難所(EasternArc Mountains/Guineo-Congolian region)。蘭德植物譜系佔據了北非撒哈拉沙漠或熱帶雨林的邊緣地區，很少出現在北非撒哈拉的山區(例如，Tibesti和Hoggar 地塊)(Pokorny et al.，2015)
五、撒哈拉沙漠的形成過程及演化歷史
1.撒哈拉沙漠的形成和演化
在過去九百萬年中，非洲經歷了幾個「大潮溼」時期。大約16,000至6000年前是這片大陸最近的一次「大潮溼」時期。目前理論認為，地球自轉軸的一個20,000年「擺動」導致非洲溼潤期的消失。從中全新世到今天的氣候變化可是由地球軌道和地軸傾斜引起的。大約9000年前，地球赤道面的傾斜角度是24.14度，而現在是23.45度。
北非地區古氣候帶的演化模式圖（Zhang et al.,2014）
晚漸新世(a)、早中新世(b)、晚中新世(c)和現代(d)特提斯古地理與北非古氣候示意圖。
西特提斯海(WT)，副特提斯海(PT)，原地中海(PM)和阿拉伯半島(AP)。
陰影區域顯示半乾旱草原氣候(橙色)和乾旱沙漠氣候(紅色)的模擬。黑線顯示了夏季(6月至8月)模擬的氣候平均熱帶輻合帶(ITCZ)，這是衡量非洲夏季風(ASM)強度的指標。
晚中新世託爾頓階(大約700萬年到1100萬年前)，是北非乾旱加劇撒哈拉沙漠形成的關鍵時段。模擬研究表明（Zhang et al.,2014）， 在託爾頓階特提斯海收縮，導致非洲夏季風顯著減弱，乾旱的沙漠環境在北非大面積形成。這一觀點推翻了撒哈拉沙漠形成於第四紀(大約300萬年以來)的傳統觀點。在第四紀之前，非洲夏季風的變化表現出明顯的歲差周期(大約2萬年周期)；在第四紀冰期開始之後，冰期間冰期旋迴(大約4萬年或10萬年周期)開始影響非洲夏季風的強度。 特提斯海收縮不僅導致了北非平均氣候態的變化，也加強了非洲夏季風對軌道變化的響應，隨後成為控制撒哈拉沙漠範圍變化的主要因素。
在撒哈拉大沙漠誕生之前，北非曾具有的潮溼、半乾旱氣候。包括在查德發現的古代沙丘沉積物等證據表明，乾旱的撒哈拉沙漠至少在700萬年前可能就已存在。由於沒有清楚的機制來解釋其成因，科學家很少認為今天的沙漠可能真有那麼古老。大多數科學家卻認為，撒哈拉沙漠形成於二、三百萬年前。陸地和海洋證據表明，那個時期的北非經歷乾旱期，當時北半球開始最近的冰期。
相關模擬考慮了地球公轉軌道位置的變化，大氣化學成分和陸地與海洋面積比例，在構造力驅動下的氣候變化過程。該模型顯示，大約700萬年前，北非的降水減少了一半以上，導致該地區乾旱。但這種效應，不能拋開構造作用，去以植被變化、地球傾斜或溫室氣體濃度離開構造作用來解釋（Zhongshi Zhang et al., Nature，2014）。
大約2.5億年前，特提斯海的大片水域，分隔北方的勞亞大陸和南方的岡瓦納大陸。當隨著超級大陸不斷分裂並飄移，非洲板塊與歐亞板塊相撞，形成阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶，特提斯海的大部分被封閉，海盆繼續收縮，最終縮小形成地中海。導致非洲乾旱化的原因是700萬到1100萬年前，阿拉伯半島取代了特提斯海西支。陸地取代海洋，而陸地反射的陽光減少，改變了該地區的降水模式。由此形成沙漠，強化它對地球傾斜變化的敏感性反應。
撒哈拉沙漠形成之前，非洲北部曾是潮溼和半乾旱氣候。雖然大多數專家認為這片沙漠形成200萬到300萬年前，但其確切的形成年齡尚不清楚。有專家認為，沙漠已經至少存在了700萬年，儘管尚未被證實。這類證據的例子包括，位於查德的史前沙丘沉積物。
最近模擬研究表明，大約七百萬年前，撒哈拉沙漠的降水量至少減少了50%。降水的減少是由構造作用造成的，僅以植被覆蓋率的變化，不能解釋降水量的減少。撒哈拉沙漠的形成大約始於兩億五千萬年前。隨著板塊不斷地相互遠離，特提斯海不斷縮小，最終消失成為地中海，沙漠正式開始形成。為北非帶來大部分水分的特提斯海西部開始閉合。最終，這一海域的所有水體，都被陸地取代，形成沙漠(Ferdinand Bada,2019)。
2.撒哈拉與古人類遷徙通道
古氣候和地貌模擬研究表明（Coulthard et al.,2013），大約在10萬年前，撒哈拉沙漠曾經處於向北流動的三大水系的縱橫交錯之中，為人類向歐洲和亞洲的第一次遷徙創造了可能。在距今最近的兩次冰河時代之間——具體時間大約在距今13萬年至10萬年前，與現在相比，非洲季風能夠到達更北部1000公裡之外的地方，季風所帶來的暴雨可以滋潤撒哈拉沙漠南部的山脈。這些河流可以在沙漠中創造植被繁茂的「綠色走廊」和大片水域。早期現代人類就可以經此遷移到北部地區和其他大陸（楊濟華，2013）。在撒哈拉大沙漠之下，古老河流使得非洲大陸形成了「綠色通道」，早期人類從撒哈拉大沙漠以南開始走出非洲，沿著河流進入廣闊富饒的地中海。
撒哈拉地區的伊爾哈哈河（Irharhar）、薩哈比河（Sahabi）和庫夫拉河（Kufrah）水系分布圖（Coulthard etal.，2013）
綠點表示該地區考古遺址的位置
更新世的前後，撒哈拉當時並未很乾燥，而是廣闊的河流衝積平原。撒哈拉沙漠的歷史非常悠久，250萬年前就已經形成。冰河時期的撒哈拉沙漠還不是一個大沙漠，那時候在撒哈拉沙漠有水有高原，也有植被，還生活著鱷魚這類動物，與此同時，在撒哈拉沙漠還發現過恐龍的化石，但是公元前3000年後，撒哈拉沙漠已經沒有什麼植被存在了，變成了一望無垠的茫茫大沙漠。
越來越多的證據表明，撒哈拉以南非洲，處於人類進化的中心，因此，認識「走出非洲」的遷徙路線，越來越重要。許多人認為，撒哈拉沙漠被是古人類遷徙路線的巨大障礙，尼羅河走廊路線被認為是穿越它的通道。
新的研究表明，撒哈拉沙漠並不是有效的道理屏障，歷史上的溼潤氣候期，動物和人類是曾經在這裡定居。對撒哈拉動物地理學的分析表明，更多的動物曾經通過這條路線遷徙，而不是經過尼羅河走廊。此外，這些動物物種中有許多是水生動物。全新世溼潤時期，這種遷徙是可能實現的，這裡曾經有一系列相互連接的湖泊、河流和內陸三角洲，包括相互連接的大型水道，使水體和動物可以進入或穿過撒哈拉沙漠，促進了動物遷徙。
這個遷徙體系在全新世早期尚是活躍的，當時許多物種可能佔領了整個撒哈拉沙漠。然而，由於水文聯繫薄弱，需要深水的物種，未能到達北部地區。人類的遷徙受到了這種道理分布的影響；尼羅-撒哈拉語的類人用帶倒刺的骨尖捕獵水生動物，並佔據了撒哈拉南部。而使用弓箭捕獵草原動物的古人類，則向非洲南部遷徙。湖泊沉積物年代測定表明，「綠色撒哈拉」也存在於最後一次間冰期(約125 ka)，並提供了綠色走廊，成為現代人類離開非洲時的遷徙路線(Drake etal.，2011)。
撒哈拉地區的晚更新世-早全新世古水文地理圖（約11-8ka前）（Drake et al.,2011）
（200毫米等雨量線劃定了目前撒哈拉沙漠的範圍）
左圖說明：穿越撒哈拉走廊的大型湖泊集水區（A-D表示），撒哈拉內陸水道的河流集水區，連接許多大型湖盆(E-I表示)：(A)Megachad湖，(B)Megafezzan湖，(C)Ahnet-Mouydir大湖，(D)Chotts盆地，(E)塞內加爾河，(F)尼羅河，(G)薩哈比河，(H)庫夫拉河和(I)尼日河。
右圖說明：數據顯示衝積扇的位置、構造和湖泊流域之間的聯繫。(1)尼羅河流域/查德盆地,(2)查德盆地/尼日盆地,(3)尼日盆地/塞內加爾盆地,(4)尼日盆地西部阿哈加爾山脈,(5)西阿哈加爾山/Ahnet-Mouydir盆地，(6)Ahnet-Mouydir盆地、Chotts盆地，(7)Chotts盆地/Fezzan盆地(8)Fezzan盆地/Serir Tibesti、(9)Serir Tibesti/Kufra盆地。
利比亞西南部的費贊地區（Fezzan），位於撒哈拉沙漠腹地，在公元前500年到公元500年之間，估計有10萬人在這裡耕種和繁衍，那裡一年中的雨量不到1英寸，而且有許多年則完全沒有下過雨。費贊可能是近代人類長期以來遷徙走廊之一，由此到達地中海沿岸，並從那裡穿過西奈（查爾斯·邦德，2009，國家地理）。
晚更新世-早全新世古水文地理圖（約11-8ka前）（Drake et al.,2011）
中新世中期古地理圖（據網際網路資料）
新近紀中新世全球的古氣候環境恢復圖（www.scotese.com）
中新世時期的氣候與現今氣候相似，但更溫暖。明顯的氣候帶從極地向赤道延伸，但在英格蘭和北歐出現棕櫚樹和短吻鱷。澳大利亞當時沒有現今乾旱。
撒哈拉沙漠和薩赫勒（Sahel）地區出現了兩次潮溼的氣候環境。大約在公元前13000-12500年，水位上升，在新仙女木時期(Younger Dryas，公元前10900-9600年)，水位又回落，然後在公元前9500-9000年重新回升。到公元前9000年，高水位促進了撒哈拉地區許多湖泊、池塘和溼地的發展，水道連接了廣大地區(下圖)。撒哈拉的許多地區多重的地貌、氣候和環境證據，表明水分增加。在撒哈拉南部地塊，約公元前9000-8500年，高地洪水在較低洼地形成永久性湖泊(Gasse 2000；Hildebrand et al.,2018)。
撒哈拉沙漠和尼羅河流域的主要地理特徵和古環境研究地點
（Hildebrand et al.,2018）
1-阿特拉斯山脈. 2–Jebel Gharbi. 3–Tadrart Acacus. 4–Erg UanKasa. 5–Edeyen of Murzuq. 6–Ahaggar山脈. 7–Tibesti 山脈. 8–Ennedi Mountains. 9–Jebel Marra. 10–西北衣索比亞高地. 11–Lake Tana湖. 12-維多利亞湖(可能的全新世早期範圍)。13-(古)查德湖(可能的全新世早期範圍)
植被出現對氣候的響應。熱帶植物可能沿著河流走廊向北進入撒哈拉沙漠綠化部分，在公元前8500年達到最北的範圍。因為物種對氣候振蕩的反應有差異，而且河流和內陸地區並存，花粉譜記錄了當時出現了不同於現代環境的植物類群。包括魚類和軟體動物在內的許多動物重新定居撒哈拉沙漠，但一些需要深水的物種(河馬、尼羅河鱸魚)或需要其他特殊環境的物種，留在了阿哈格爾（Ahaggar）以南(Drake et al. 2011；Hildebrand et al.,2018)。
本文據（李江海，2020，《世界地質學》（講義））修改補充