Sự biến đổi của sa mạc Sahara diễn ra vào giai đoạn cuối của kỷ băng hà, cách đây khoảng 11.000 đến 5.000 năm. Khi ấy, thảm thực vật xanh tươi phủ lên các đụn cát, và lượng mưa gia tăng đã biến những vùng trũng khô cằn thành những hồ nước tràn đầy.
Khoảng 9 triệu km² ở miền Bắc châu Phi đã hóa thành một ốc đảo khổng lồ trong thời kỳ Sahara Xanh, thu hút những đàn thú như hà mã, linh dương, voi và cả bò rừng châu Âu đến sinh sôi trên những đồng cỏ và bụi cây bạt ngàn.
Dù thiên đường xanh tươi ấy đã biến mất, nhưng khả năng nó có thể tái xuất trong tương lai vẫn tồn tại. Giáo sư Kathleen Johnson (Đại học California) cho rằng hiện tượng Sahara Xanh gắn liền với độ nghiêng của trục Trái Đất, vốn thay đổi theo chu kỳ lặp lại khoảng 23.000 năm.
Tuy vậy, thời điểm chính xác để Sahara một lần nữa trở thành ốc đảo vẫn chưa rõ ràng, bởi một yếu tố then chốt: khí thải nhà kính do con người tạo ra đang gây ra biến đổi khí hậu khó lường và mất kiểm soát. Sa mạc Sahara từng trở thành ốc đảo chính là nhờ sự thay đổi trong góc nghiêng của trục Trái Đất.
Khoảng 8.000 năm trước, độ nghiêng này đã chuyển từ khoảng 24,1 độ xuống mức 23,5 độ như ngày nay—một sự thay đổi tưởng nhỏ nhưng mang tác động vô cùng lớn. Hiện tại, bán cầu Bắc ở gần Mặt Trời nhất vào mùa đông. Nhưng trong thời kỳ Sahara Xanh, bán cầu Bắc lại ở gần Mặt Trời vào mùa hè.
Điều này dẫn tới việc lượng bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bán cầu Bắc trong mùa hè gia tăng. Sự tăng nhiệt ấy còn củng cố gió mùa châu Phi. Khối khí nóng hình thành trên sa mạc Sahara đã tạo nên hệ thống áp suất thấp, hút hơi ẩm từ Đại Tây Dương vào sâu trong lục địa. Chính độ ẩm dồi dào này đã biến vùng đất khô hạn thành đồng cỏ savan phủ đầy cây bụi, thu hút vô số loài thú. Khi số lượng thú tăng, con người cũng đi theo, và từ đó bắt đầu thuần hóa bò rừng, cừu.
Theo nhà khoa học Peter de Menocal (Đài quan sát Trái Đất Lamont-Doherty, Đại học Columbia), sự thay đổi độ nghiêng của trục Trái Đất chịu tác động từ lực hấp dẫn của Mặt Trăng và các hành tinh khổng lồ khác. Những tương tác này dẫn đến sự thay đổi chu kỳ của quỹ đạo, bao gồm cả “sự chao đảo” của trục nghiêng. Chính sự dao động này khiến bán cầu Bắc tiến gần Mặt Trời hơn vào mùa hè sau mỗi 23.000 năm.
Các học giả suy đoán rằng trong thời kỳ Sahara Xanh, lượng bức xạ Mặt Trời ở bán cầu Bắc cao hơn hiện tại khoảng 7%. Nguồn năng lượng dư thừa này có thể đã làm lượng mưa gió mùa ở châu Phi tăng thêm từ 17 đến 50%, theo một nghiên cứu công bố năm 1997 trên tạp chí Science.
Giáo sư Johnson cho biết, Sahara Xanh chỉ kéo dài khoảng 200 năm. Dù sự thay đổi bức xạ diễn ra dần dần, nhưng cảnh quan lại biến đổi đột ngột. Dự đoán lần tiếp theo Sahara trở thành ốc đảo xanh sẽ rơi vào khoảng 12.000 đến 13.000 năm nữa, tức là sau chừng 10.000 năm tính từ hiện tại.
Điều mà các nhà khoa học không thể dự báo chính xác là: khí thải nhà kính sẽ tác động ra sao đến chu kỳ khí hậu tự nhiên này.
