Ubicación del lago Toba mostrada en rojo en el mapa
Cronología de la erupción del 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 sólo el monzón de verano pudo haber depositado la ceniza 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 fecharon 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 flujos piroclásticos alcanzó una altura de 32 km (20 millas). [12] Las limitaciones petrológicas sobre las emisiones de azufre produjeron una amplia gama de1 × 10 13 a1 × 10 15 g , dependiendo de la existencia de gas 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 14g . [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 km 3 (670 millas cúbicas) [16] , alrededor de 2.000 km 3 (480 millas cúbicas) de ignimbrita que fluyó sobre el suelo, y aproximadamente 800 km 3 (190 millas cúbicas) 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 km 3 (910 cu mi) equivalente en roca densa (DRE), de los cuales 1.800 km 3 (430 cu mi) se depositaron como caída de ceniza y 2.000 km 3 (480 millas cúbicas) como ignimbrita , lo que convierte a esta erupción en la más grande durante el período Cuaternario . [17] Las estimaciones de volumen anteriores han oscilado entre 2.000 km 3 (480 cu mi) [5] y 6.000 km 3 (1.400 cu mi). [18] Dentro de la caldera, el espesor máximo de los flujos piroclásticos es de más de 600 m (2000 pies). [19] La capa de flujo de salida originalmente cubría un área de 20.000 a 30.000 km 2 (7.700 a 11.600 millas cuadradas) con un espesor de casi 100 m (330 pies), y probablemente llegaba al Océano Índico y al Estrecho de Malaca . [10] La caída de aire de esta erupción cubrió el subcontinente indio con una capa de 5 cm (2,0 pulgadas) de ceniza, [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 Cuenca del Océano Índico Central en 10 cm (3,9 pulgadas). [22] Su horizonte de caída de cenizas cubrió un área de más de 38.000.000 km 2 (15.000.000 millas cuadradas) en 1 cm (0,39 pulgadas) o más de espesor. [17] En el África subsahariana , también se descubren fragmentos microscópicos de vidrio 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 Toba se encuentra en el lago Huguangyan Maar . [27]
El colapso posterior formó una caldera que se llenó de agua, creando el lago Toba. La isla en el centro del lago está formada por una cúpula renaciente .
Efectos climáticos
Clima en el momento de la erupción.
Groenlandia Stadial 20 (GS20) es un evento frío de un milenio en el océano Atlántico norte que comenzó alrededor de la época de la erupción de Toba. [28] El momento del inicio de GS20 se fecha entre 74,0 y 74,2 años, y todo el evento duró unos 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 de vuelco del Atlántico (AMOC). Un AMOC más débil provocó el 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 del Isótopo Antártico Máximo 19 (AIM19). [32] GS20 se asoció con descargas de icebergs en el Atlántico Norte, por lo que también fue nombrado Heinrich stadial 7a . [33] Los eventos de Heinrich tienden a ser más largos, más fríos y con AMOC más débil en el océano Atlántico que otros estadios de DO. [30]
De 74 a 58 años , la Tierra pasó de la etapa de isótopos marinos interglaciales (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 terrestre. [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 oriental , el noreste de Asia y la Cordillera de América del Norte . [39] La glaciación del hemisferio sur creció a su máxima extensión durante 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 erupción.
Si bien la erupción de Toba se produjo en el contexto de rápidas transiciones climáticas de GS20 y MIS 4 provocadas por cambios en las corrientes oceánicas y la insolación , [44] [28] es mucho más debatido si la erupción jugó algún papel en la aceleración de estos eventos. Los registros climáticos marinos del Mar de China Meridional, muestreados en cada intervalo de cien años, muestran un enfriamiento de 1 °C (1,8 °F) sobre la capa de ceniza de Toba durante mil años, pero los autores admiten que puede ser simplemente GS20. [45] Los registros marinos del Mar Arábigo confirman que las cenizas de Toba se produjeron 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, cada intervalo de 6 a 9 años, en el lago Malawi, no muestra ningún cambio inducido por el enfriamiento en la ecología del lago y en los bosques cubiertos de hierba después de la deposición de ceniza de Toba, [25] [47] pero el enfriamiento- La aridez forzada acabó con los bosques afromontanos de gran altura . [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 se produjo una sequía severa al mismo tiempo que la capa de ceniza Toba, lo que alteró los primeros comportamientos de búsqueda de alimento de los humanos . [24]
No se han identificado cenizas de Toba en los registros de núcleos de hielo, pero se ha propuesto que cuatro eventos de sulfato dentro de los estratos de hielo posiblemente representen la deposición de aerosoles de la erupción de Toba. [50] [32] [51] Un evento de sulfato ocurrido entre 73,75 y 74,16 años, que tiene todas las características de la erupción de Toba, se encuentra entre las mayores cargas de sulfato que jamás se hayan identificado. [51] En los registros de los núcleos de hielo, el enfriamiento GS20 ya estaba en marcha en el momento de la deposición de sulfato; sin embargo, 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. Modelización sobre 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 1.000 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 las emisiones más bajas y de 4,1 °C (7,4 °F) para las emisiones más altas. Se produce una fuerte disminución de las precipitaciones en caso de altas emisiones. Las anomalías de temperatura negativas vuelven a menos de 1 °C (1,8 °F) dentro de 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 los aerosoles con suficiente precisión; las limitaciones empíricas de erupciones históricas sugieren que el tamaño del aerosol 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 provocó 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 pruebas físicas cuestionan la asociación con el evento frío milenario y el cuello de botella genético, y algunos consideran la teoría refutada. [58] [48] [59] [60] [61]
Historia
En 1972, un análisis de la hemoglobina humana encontró muy pocas variantes y, para tener en cuenta la baja frecuencia de variación, la población humana debe haber sido tan baja como unos pocos miles hasta hace muy poco. [62] Más estudios genéticos confirmaron una población efectiva del orden de 10.000 durante gran parte de la historia de la humanidad. [63] [64] Investigaciones posteriores sobre las diferencias en las secuencias de ADN mitocondrial humano fecharon un rápido crecimiento desde un pequeño tamaño de población efectivo de 1.000 a 10.000, en algún momento entre 35 y 65 años. [65] [66] [67]
En 1993, la periodista científica Ann Gibbons postuló que el crecimiento demográfico fue 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 años, cerca del comienzo del período glacial. MIS 4. [5] [68] Se creía que la posterior expansión humana explosiva era el resultado del fin 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 Hawai en Mānoa apoyaron su teoría. [70] En 1998, el antropólogo Stanley H. Ambrose de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign planteó la hipótesis de que la erupción de Toba provocó una caída de la población humana de sólo unos pocos miles de individuos supervivientes, y que 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 el cual se produjo una rápida expansión de la población humana. [56]
Posibles efectos sobreHomo
Al menos otros dos linajes de Homo , H. neandertales y denisovanos , sobrevivieron a la erupción de Toba y a la posterior edad de hielo MIS 4, ya que su última presencia data de ca. 40 años, [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 Toba [79] [23] [24] añaden más luz sobre cómo les había ido a los humanos durante el erupción y la siguiente edad de hielo GS20 y MIS 4.
Historia demográfica humana
Un análisis reciente aplica el modelo 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 fuerte disminución a largo plazo en las cifras que comienza hace 200 años y alcanza el punto más bajo alrededor de 40 a 60 años. [80] [76] Durante este cuello de botella, las poblaciones no africanas experimentaron una reducción de 5 a 15 veces, [82] y solo quedaban entre 1000 y 3000 individuos a los 50 años, lo que coincide con los primeros estudios de ADNmt. [76] [77] [81] Esta grave contracción no africana es consistente con el efecto fundador causado por la dispersión fuera de África. Cuando un pequeño grupo de unos pocos miles de personas emigró del continente africano al Cercano Oriente, la drástica reducción en su número dejó huella en 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 barridos ocurrieron durante 72 a 97 años. Este evento de selecciones muy programadas se llama Arabian Standstill y puede haber sido causado por las severas condiciones frías y áridas desde el inicio de MIS 4 y exacerbadas por la súper erupción de Toba. [84]
Las poblaciones africanas experimentaron un cuello de botella ligeramente más temprano y se recuperaron antes. [81] [85] Los pueblos luhya y masai alcanzaron sus números más bajos alrededor de 70 a 80 años, mientras que los yoruba alcanzaron un nadir alrededor de 50 años, [81] aunque la tendencia decreciente a largo plazo ya comenzó antes de los 200 años. [86] El tamaño de población efectivo restante estimado es de alrededor de 10.000 individuos, mayor que el tamaño estimado no africano durante su cuello de botella. [76] [77] [78] A diferencia de las poblaciones no africanas, no hay consenso sobre 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 de la subestructura en las poblaciones africanas y efectos fundadores de la dispersión dentro de África. [83]
Análisis genéticos anteriores de secuencias de 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 caídas repetidas de la población o eventos de reemplazo periódicos de subespecies Homo en competencia. [88] El análisis del genoma completo recupera de manera similar tamaños de población africanos 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 una aridez generalizada en toda África. [89] [90]
Estudios arqueológicos
Otras investigaciones han puesto en duda una asociación entre el Complejo Toba Caldera y un cuello de botella genético. Por ejemplo, se encontraron antiguas herramientas de piedra en el valle de Jurreru en el sur de la India encima y debajo de una gruesa capa de ceniza 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 sitio en la India, el Valle Medio de Son, muestra evidencia de una importante disminución de la población y se ha sugerido que los abundantes manantiales del Valle 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 fechadas por OSL en 77 ± 4 años, mientras que la edad de las herramientas de piedra sobre la capa de ceniza no debe tener más de 55 años. 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 a los 55 años. [95] 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, contrariamente a otras investigaciones que han sugirieron importantes extinciones animales y cuellos de botella genéticos". [96] Sin embargo, algunos investigadores han cuestionado las técnicas utilizadas para fechar 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 del 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, que pueden haberles permitido reemplazar a los neandertales y "otras especies humanas arcaicas". [99] [100]
Cuellos de botella genéticos en otros mamíferos
Alguna evidencia indica caídas en la población de otros animales después de la erupción del Toba. Las poblaciones de chimpancé de África oriental , [101] orangután de Borneo , [102] macaco de la India central , [103] guepardo y tigre , [104] se expandieron a partir de poblaciones muy pequeñas hace alrededor de 70.000 a 55.000 años.
Antepasado común más reciente : individuo más reciente del que descienden directamente todos los organismos de un grupo.
Evento de extinción cuaternaria : extinciones de grandes mamíferos en el Pleistoceno tardíoPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
Línea Wallace : línea que separa la fauna asiática y australiana
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enlaces externos
Cuellos de botella demográficos e invierno volcánico
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Monte Toba: cuellos de botella en la población humana del 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 del "Diario de la evolución humana" [1998] 34, 623–651
Journey of Mankind de la Fundación Bradshaw: incluye debate sobre la erupción de Toba, el ADN y las migraciones humanas
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Fuera de África – También bacterias: Homo Sapiens y H. Pylori se propagan 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 ...; ilus. mapa de migración.
Los 'panqueques' de magma pueden haber impulsado el supervolcán Toba
Vídeo de Youtube "Apocalipsis de la Edad de Piedra"