La erupción más reciente del volcán Toba
Supererupción volcánica hace 74.000 años en Indonesia
La erupción más reciente del volcán Toba
Impresión artística de las primeras etapas de la erupción a unos 42 km (26 millas) sobre el norte de Sumatra
VolcánComplejo Caldera Toba
FechaC. 74.000 años AP
UbicaciónSumatra , Indonesia
2°41′04″N 98°52′32″E / 2.6845°N 98.8756°E / 2.6845; 98.8756
VIE8
ImpactoCubrió el subcontinente indio con 5 cm (2,0 pulgadas) de ceniza, [1] el invierno volcánico puede haber causado un grave cuello de botella en la población humana
Fallecidos(Potencialmente) casi toda la humanidad, dejando entre 3.000 y 10.000 humanos restantes en el planeta.

La erupción del Toba (a veces llamada la supererupción del Toba o la erupción más joven del Toba ) fue una erupción supervolcánica que ocurrió hace unos 74.000 años durante el Pleistoceno tardío [2] en el sitio del actual lago Toba en Sumatra , Indonesia . Fue la última de una serie de al menos cuatro erupciones formadoras de caldera en este lugar, y la caldera conocida anterior se formó hace alrededor de 1,2 millones de años. [3] Esta última erupción tuvo un VEI estimado de 8, lo que la convierte en la erupción volcánica explosiva conocida más grande del Cuaternario y una de las erupciones explosivas conocidas más grandes en la historia de la Tierra .

Erupción

Ubicación del lago Toba que se muestra en rojo en el mapa

Cronología de la erupción del volcán Toba

Se desconoce el año exacto de la erupción, pero el patrón de depósitos de ceniza sugiere que ocurrió durante el verano del norte porque solo el monzón de verano podría haber depositado la caída de cenizas de Toba en el Mar de China Meridional. [4] La erupción duró quizás de 9 a 14 días. [5] Las dos dataciones argón-argón de alta precisión más recientes datan la erupción hace 73.880 ± 320 [6] y 73.700 ± 300 años. [7] Cinco cuerpos de magma distintos se activaron unos pocos siglos antes de la erupción. [8] [9] La erupción comenzó con una caída de aire pequeña y limitada y fue seguida directamente por la fase principal de flujos de ignimbrita . [10] La fase de ignimbrita se caracteriza por una fuente de erupción baja, [11] pero la columna de co-ignimbrita desarrollada sobre los flujos piroclásticos alcanzó una altura de 32 km (20 mi). [12] Las restricciones petrológicas sobre las emisiones de azufre dieron como resultado un amplio rango de1 × 10 13 a1 × 10 15  g , dependiendo de la existencia de gas de azufre separado en la cámara de magma de Toba. [13] [14] El extremo inferior de la estimación se debe a la baja solubilidad del azufre en el magma. [13] Los registros de núcleos de hielo estiman la emisión de azufre en el orden de1 × 10 14  g . [15]

Efectos de la erupción

Bill Rose y Craig Chesner, de la Universidad Tecnológica de Michigan, han estimado que la cantidad total de material liberado en la erupción fue de al menos 2.800 km3 ( 670 mi3) [16] —unos 2.000 km3 ( 480 mi3) de ignimbrita que fluyó sobre el suelo y aproximadamente 800 km3 ( 190 mi3) que cayeron como ceniza, principalmente hacia el oeste. Sin embargo, a medida que se dispone de más afloramientos, la estimación más reciente del volumen eruptivo es de 3.800 km3 ( 910 mi3) de equivalente de roca densa (DRE), de los cuales 1.800 km3 ( 430 mi3) se depositaron como caída de ceniza y 2.000 km3 ( 480 mi3) como ignimbrita , lo que convierte a esta erupción en la más grande durante el período Cuaternario . [17] Estimaciones de volumen anteriores han oscilado entre 2000 km3 ( 480 mi3) [5] y 6000 km3 ( 1400 mi3). [18] Dentro de la caldera, el espesor máximo de los flujos piroclásticos es de más de 600 m (2000 pies). [19] La capa de salida originalmente cubría un área de 20 000–30 000 km2 ( 7700–11 600 mi2) con un espesor de casi 100 m (330 pies), probablemente llegando hasta el Océano Índico y el Estrecho de Malaca . [10] La caída de aire de esta erupción cubrió el subcontinente indio con una capa de ceniza de 5 cm (2,0 pulgadas), [20] el mar Arábigo con 1 mm (0,039 pulgadas), [21] el mar de China Meridional con 3,5 cm (1,4 pulgadas), [4] y la cuenca central del océano Índico con 10 cm (3,9 pulgadas). [22] Su horizonte de caída de ceniza cubrió un área de más de 38 000 000 km2 ( 15 000 000 millas cuadradas) con un espesor de 1 cm (0,39 pulgadas) o más. [17] En África subsahariana , también se descubrieron fragmentos de vidrio microscópicos de esta erupción en la costa sur de Sudáfrica , [23] en las tierras bajas del noroeste de Etiopía , [24] en el lago Malawi , [25] y en el lago Chala . [26] En el sur de China , la tefra de Toba se encuentra en el lago Huguangyan Maar . [27]

El colapso posterior formó una caldera que se llenó de agua y creó el lago Toba. La isla en el centro del lago está formada por un domo resurgente .

Efectos climáticos

Clima en el momento de la erupción

El estadial 20 de Groenlandia (GS20) es un evento frío de un milenio de duración en el océano Atlántico norte que comenzó alrededor del momento de la erupción de Toba. [28] El momento del inicio de GS20 está fechado en 74,0–74,2 mil años, y el evento completo duró alrededor de 1.500 años. [28] [29] Es la parte estadial del evento Dansgaard–Oeschger 20 (DO20), comúnmente explicado por una reducción abrupta en la fuerza de la circulación meridional atlántica (AMOC). La AMOC más débil causó calentamiento en el océano Austral y la Antártida , y esta asincronía se conoce como balancín bipolar . [30] [31] El inicio del evento de enfriamiento GS20 corresponde al inicio del evento de calentamiento Máximo Isotérico Antártico 19 (AIM19). [32] GS20 se asoció con descargas de icebergs en el Atlántico Norte, por lo que también se denominó estadial Heinrich 7a . [33] Los eventos Heinrich tienden a ser más largos, más fríos y con AMOC más débil en el océano Atlántico que otros estadiales DO. [30] De 74 a 58 mil , la Tierra pasó de la etapa isotópica marina interglacial (MIS) 5 a la MIS glacial 4, experimentando enfriamiento y expansión glacial. [34] [35] Esta transición es parte del ciclo interglacial-glacial del Pleistoceno impulsado por variaciones en la órbita de la Tierra. [36] La temperatura del océano se enfrió 0,9 °C (1,6 °F). [37] El nivel del mar cayó 60 m (200 pies). [38] Las capas de hielo del hemisferio norte se embarcaron en una expansión significativa y superaron la extensión del Último Máximo Glacial en Europa del Este , el Noreste de Asia y la Cordillera de América del Norte . [39] La glaciación del hemisferio sur alcanzó su máxima extensión durante el MIS 4. [40] La región de Australasia , África y Europa se caracterizaron por un ambiente cada vez más frío y árido . [41] [42] [43]

Posibles registros climáticos de la erupción

Aunque la erupción de Toba se produjo en el contexto de las rápidas transiciones climáticas de GS20 y MIS 4 desencadenadas por cambios en las corrientes oceánicas y la insolación , [44] [28] si la erupción jugó algún papel en la aceleración de estos eventos es mucho más debatido. Los registros marinos del clima del Mar de China Meridional, muestreados en cada intervalo de cien años, muestran un enfriamiento de 1 °C (1,8 °F) por encima de la capa de ceniza de Toba durante mil años, pero los autores admiten que puede ser solo GS20. [45] Los registros marinos del Mar Arábigo confirman que la ceniza de Toba se produjo después del inicio de GS20, pero también que GS20 no es más frío que GS21 en los registros, de lo que los autores concluyen que la erupción no intensificó el enfriamiento de GS20. [46] Un muestreo denso de registros ambientales, en intervalos de 6 a 9 años, en el lago Malawi, no muestra cambios inducidos por el enfriamiento en la ecología del lago y en los bosques herbáceos después de la deposición de ceniza de Toba, [25] [47] pero la aridez forzada por el enfriamiento mató los bosques afromontanos de gran altitud . [48] Los estudios del lago Malawi concluyeron que los efectos ambientales de la erupción fueron leves y se limitaron a menos de una década en África Oriental, [47] pero estos estudios son cuestionados debido a la mezcla de sedimentos que habría disminuido la señal de enfriamiento. [49] Sin embargo, los registros ambientales de un sitio de la Edad de Piedra Media en Etiopía muestran que una sequía severa ocurrió simultáneamente con la capa de ceniza de Toba que alteró los comportamientos tempranos de búsqueda de alimentos humanos . [24]

No se han identificado cenizas de Toba en los registros de núcleos de hielo, pero se han propuesto cuatro eventos de sulfato dentro de los estratos de hielo para posiblemente representar la deposición de aerosoles de la erupción de Toba. [50] [32] [51] Un evento de sulfato a 73,75–74,16 mil, que tiene todas las características de la erupción de Toba, está entre las cargas de sulfato más grandes que se han identificado. [51] En los registros de núcleos de hielo, el enfriamiento GS20 ya estaba en marcha en el momento de la deposición de sulfato, no obstante, un período de 110 años de enfriamiento acelerado siguió al evento de sulfato, y los autores interpretan esta aceleración como AMOC debilitado por la erupción de Toba. [15]

Modelado climático

Los efectos climáticos modelados de la erupción de Toba dependen de la masa de gases sulfurosos y de los procesos microfísicos de los aerosoles. El modelado de una emisión de8,5 × 10 14  g de azufre, que es 100 veces el azufre del Pinatubo de 1991 , el invierno volcánico tiene un enfriamiento medio global máximo de 3,5 °C (6,3 °F) y regresa gradualmente dentro del rango de variabilidad natural 5 años después de la erupción. El modelo no respalda el inicio de un período frío de 1000 años o una edad de hielo. [52] [53] Otros dos escenarios de emisiones,1 × 10 14  g y1 × 10 15  g , se investigan utilizando simulaciones de última generación proporcionadas por el Modelo del Sistema Terrestre Comunitario . El enfriamiento medio global máximo es de 2,3 °C (4,1 °F) para la emisión más baja y de 4,1 °C (7,4 °F) para la emisión más alta. Se produce una fuerte disminución de la precipitación en la emisión alta. Las anomalías de temperatura negativas regresan a menos de 1 °C (1,8 °F) dentro de los 3 y 6 años para cada escenario de emisión después de la erupción. [54] Pero hasta ahora ningún modelo puede simular los procesos microfísicos de aerosoles con suficiente precisión, las limitaciones empíricas de las erupciones históricas sugieren que el tamaño de los aerosoles puede reducir sustancialmente la magnitud del enfriamiento a menos de 1,5 °C (2,7 °F) sin importar cuánto azufre se emita. [55]

Teoría de la catástrofe de Toba

La teoría de la catástrofe de Toba sostiene que la erupción causó un severo invierno volcánico global de seis a diez años y contribuyó a un episodio de enfriamiento de 1.000 años de duración, lo que resultó en un cuello de botella genético en los humanos . [56] [57] Sin embargo, algunas evidencias físicas cuestionan la asociación con el evento frío de un milenio de duración y el cuello de botella genético, y algunos consideran que la teoría está refutada. [58] [48] [59] [60] [61]

Historia

En 1972, un análisis de las hemoglobinas humanas encontró muy pocas variantes, y para explicar la baja frecuencia de variación, la población humana debe haber sido tan baja como unos pocos miles hasta hace muy poco. [62] Estudios genéticos adicionales confirmaron una población efectiva del orden de 10.000 durante gran parte de la historia humana. [63] [64] Investigaciones posteriores sobre las diferencias en las secuencias de ADN mitocondrial humano datan un rápido crecimiento desde un pequeño tamaño de población efectiva de 1.000 a 10.000, en algún momento entre 35 y 65 mil años. [65] [66] [67]

En 1993, la periodista científica Ann Gibbons postuló que el crecimiento de la población se vio suprimido por el clima frío de la última Edad de Hielo del Pleistoceno, posiblemente exacerbado por la súper erupción de Toba, que en ese momento se fechó entre 73 y 75 mil cerca del comienzo del período glacial MIS 4. [5] [68] Se creía que la posterior expansión humana explosiva fue el resultado del final de la edad de hielo. [69] El geólogo Michael R. Rampino de la Universidad de Nueva York y el vulcanólogo Stephen Self de la Universidad de Hawái en Mānoa apoyaron su teoría. [70] En 1998, el antropólogo Stanley H. Ambrose de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign planteó la hipótesis de que la erupción de Toba causó un colapso de la población humana que dejó solo a unos pocos miles de individuos sobrevivientes, y la recuperación posterior fue suprimida por la condición glacial global de MIS 4 hasta que el clima finalmente pasó a la condición más cálida de MIS 3 hace unos 60.000 años, durante la cual ocurrió una rápida expansión de la población humana. [56]

Posibles efectos sobreHomo

Al menos otros dos linajes de Homo , H. neanderthals y Denisovans , sobrevivieron a la erupción de Toba y la posterior edad de hielo MIS 4, ya que su última presencia está datada en ca. 40 kyr, [71] y ca. 55 kyr. [72] Otros linajes, incluidos H. floresiensis , [73] H. luzonensis , [74] y Penghu 1 [75] también pueden haber sobrevivido a la erupción. Más recientemente, las reconstrucciones de la historia demográfica humana utilizando la secuenciación del genoma completo [76] [ 77] [78] y los descubrimientos de culturas arqueológicas con capa de ceniza de Toba [79] [23] [24] agregan más luz a cómo les había ido a los humanos durante la erupción y la siguiente edad de hielo GS20 y MIS 4.

Historia demográfica humana

Los análisis recientes aplican modelos de Markov al conjunto completo de material genético para inferir la historia de la población humana. [80] [81] En poblaciones no africanas, los estudios recuperan una pronunciada disminución a largo plazo en números que comienza hace 200 mil y alcanza el punto más bajo alrededor de 40-60 mil. [80] [76] Durante este cuello de botella, las poblaciones no africanas experimentaron una reducción de 5 a 15 veces, [82] con solo 1.000-3.000 individuos restantes a los 50 mil, en consonancia con los primeros estudios de ADNmt. [76] [77] [81] Esta severa contracción no africana es consistente con el efecto fundador causado por la dispersión fuera de África. A medida que un pequeño grupo con un tamaño de unos pocos miles de personas emigró del continente africano al Cercano Oriente, la reducción drástica en los números marcó la diversidad genómica no africana. [76] [82] [83] El análisis genético identificó 56 barridos selectivos relacionados con adaptaciones al frío en poblaciones no africanas, de los cuales 31 ocurrieron durante 72-97 mil años. Este evento de selecciones muy cronometradas se denomina Estancamiento árabe y puede haber sido causado por las condiciones áridas y frías severas del inicio de MIS 4 y exacerbado por la súper erupción de Toba. [84]

Las poblaciones africanas experimentaron un cuello de botella un poco más temprano y más leve y se recuperaron antes. [81] [85] Los pueblos Luhya y Maasai alcanzaron sus números más bajos alrededor de 70-80 mil, mientras que los Yoruba alcanzaron un nadir alrededor de 50 mil, [81] aunque la tendencia decreciente a largo plazo ya comenzó antes de 200 mil. [86] El tamaño de población efectiva restante estimado es de alrededor de 10.000 individuos, más grande que el tamaño no africano estimado durante su cuello de botella. [76] [77] [78] A diferencia de las poblaciones no africanas, no hay consenso en cuanto a la causa del cuello de botella africano. Las causas propuestas incluyen el deterioro climático (de MIS 5, erupción de Toba, GS20 y/o MIS 4), [49] [83] [87] reducción en la subestructura en las poblaciones africanas y efectos fundadores de la dispersión dentro de África. [83]

Análisis genéticos anteriores de secuencias Alu en todo el genoma humano han demostrado que el tamaño efectivo de la población humana era inferior a 26.000 hace 1,2 millones de años; las posibles explicaciones para el bajo tamaño de la población de los ancestros humanos pueden incluir repetidos colapsos de población o eventos periódicos de reemplazo por subespecies competidoras de Homo . [88] El análisis del genoma completo recupera de manera similar tamaños de población africana muy bajos hace alrededor de 1 millón de años. [77] [78] [89] Se cree que este cuello de botella de 1 millón de años fue causado por la severa edad de hielo MIS 22 que marcó la transición climática del Pleistoceno medio con aridez generalizada en África. [89] [90]

Estudios arqueológicos

Otras investigaciones han puesto en duda la asociación entre el complejo de la caldera de Toba y un cuello de botella genético. Por ejemplo, se encontraron herramientas de piedra antiguas en el valle de Jurreru, en el sur de la India, por encima y por debajo de una gruesa capa de cenizas de la erupción de Toba y eran muy similares en estas capas, lo que sugiere que las nubes de polvo de la erupción no acabaron con esta población local. [91] [92] [93] Sin embargo, otro yacimiento de la India, el valle de Middle Son, muestra evidencia de una importante disminución de la población y se ha sugerido que los abundantes manantiales del valle de Jurreru pueden haber ofrecido a sus habitantes una protección única. [94] En el valle de Jurreru, en el sur de la India, las herramientas de piedra del Paleolítico Medio debajo de la capa de ceniza de Toba están datadas por OSL en 77 ± 4 mil años, mientras que la edad de las herramientas de piedra sobre la capa de ceniza se limita a no ser más antigua que 55 mil. Se sospecha que esta diferencia de edad se debe a la eliminación de sedimentos posteriores a la erupción o a la aniquilación de la población local hasta la reocupación hace 55 mil años. [95] La evidencia arqueológica adicional del sur y norte de la India también sugiere una falta de evidencia de los efectos de la erupción en las poblaciones locales, lo que llevó a los autores del estudio a concluir que "muchas formas de vida sobrevivieron a la supererupción, al contrario de otras investigaciones que han sugerido extinciones animales significativas y cuellos de botella genéticos". [96] Sin embargo, algunos investigadores han cuestionado las técnicas utilizadas para datar los artefactos en el período posterior al supervolcán Toba. [97] La ​​catástrofe de Toba también coincide con la desaparición de los homínidos Skhul y Qafzeh . [98] La evidencia del análisis de polen ha sugerido una deforestación prolongada en el sur de Asia, y algunos investigadores han sugerido que la erupción de Toba puede haber obligado a los humanos a adoptar nuevas estrategias de adaptación, lo que puede haberles permitido reemplazar a los neandertales y "otras especies humanas arcaicas". [99] [100]

Cuellos de botella genéticos en otros mamíferos

Algunas evidencias indican que hubo caídas en las poblaciones de otros animales después de la erupción del Toba. Las poblaciones del chimpancé de África oriental , [101] el orangután de Borneo , [102] el macaco de la India central , [103] el guepardo y el tigre , [104] se expandieron a partir de poblaciones muy pequeñas hace alrededor de 70.000–55.000 años.

Véase también

Citas y notas

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Lectura adicional

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  • “El estudio adecuado de la humanidad” – Artículo en The Economist
  • Página de inicio del profesor Stanley H. Ambrose, que incluye información bibliográfica sobre los dos artículos que ha publicado sobre la teoría de la catástrofe de Toba
  • Monte Toba: cuellos de botella de la población humana en el Pleistoceno tardío, invierno volcánico y diferenciación de los humanos modernos por el profesor Stanley H. Ambrose, Departamento de Antropología, Universidad de Illinois, Urbana, EE. UU.; Extracto de "Journal of Human Evolution" [1998] 34, 623–651
  • Journey of Mankind de la Fundación Bradshaw: incluye un debate sobre la erupción del Toba, el ADN y las migraciones humanas
  • La geografía predice la diversidad genética humana ScienceDaily (17 de marzo de 2005) – Al analizar la relación entre la ubicación geográfica de las poblaciones humanas actuales en relación con África Oriental y la variabilidad genética dentro de estas poblaciones, los investigadores han encontrado nueva evidencia de un origen africano de los humanos modernos.
  • Fuera de África, y también bacterias: el Homo Sapiens y el H. Pylori se propagaron conjuntamente por todo el mundo ScienceDaily (16 de febrero de 2007) – Cuando el hombre salió de África hace unos 60.000 años para poblar el mundo, no estaba solo: lo acompañaba la bacteria Helicobacter pylori ...; ilustración del mapa de migración.
  • Los 'panqueques' de magma podrían haber alimentado el supervolcán Toba
  • Vídeo de Youtube "Apocalipsis de la Edad de Piedra"
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