Erupção mais jovem de Toba

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A erupção Toba (às vezes chamada de Toba Superruption ou a erupção mais jovem de Toba ) foi uma erupção superulcânica que ocorreu cerca de 74.000 anos atrás durante a O falecido Pleistoceno no local do atual lago Toba em Sumatra, Indonésia. Foi o último de uma série de pelo menos quatro erupções formadoras de caldeira neste local, com a caldeira conhecida anteriormente se formando cerca de 1,2 milhão de anos atrás. Essa última erupção teve um VEI estimado em 8, tornando-o a maior erupção vulcânica explosiva conhecida no quaternário e uma das maiores erupções explosivas conhecidas da história da Terra.

Erupção

Localização do Lago Toba mostrado em vermelho no mapa

Cronologia da erupção de Toba

O ano exato da erupção é desconhecido, mas o padrão de depósitos de cinzas sugere que ocorreu durante o verão do norte, porque apenas as monções de verão poderiam ter depositado Toba Ashfall no Mar da China Meridional. A erupção durou talvez 9 a 14 dias. As duas mais recentes dores de argônio-argon de alta precisão dataram a erupção a 73.880 ± 320 e 73.700 ± 300 anos atrás. Cinco corpos magma distintos foram ativados dentro de alguns séculos antes da erupção. A erupção começou com queda aérea pequena e limitada e foi seguida diretamente pela fase principal dos fluxos de ignimbrite. A fase de ignimbrito é caracterizada por baixa fonte de erupção, mas a coluna co-ignimbrite desenvolvida na parte superior dos fluxos piroclásticos atingiu uma altura de 32 km (20 mi). As restrições petrológicas na emissão de enxofre produziram uma ampla faixa de 1 × 10 13 para 1 × 10 15 g , dependendo da existência de enxofre separado Gas na câmara de Toba Magma. A extremidade inferior da estimativa se deve à baixa solubilidade do enxofre no magma. Os registros do núcleo de gelo estimam a emissão de enxofre na ordem de 1 × 10 14 g .

Efeitos da erupção

Bill Rose e Craig Chesner, da Universidade Tecnológica de Michigan, estimaram que a quantidade total de material liberada na erupção era de pelo menos 2.800 km 3 (670 cu mi) - cerca de 2.000 km 3 (480 cu mi) de ignimbrite que fluía sobre o solo e aproximadamente 800 km 3 (190 cu mi) que caíam como cinzas principalmente para o oeste. No entanto, à medida que mais afloramentos se tornam disponíveis, a estimativa mais recente do volume eruptivo é de 3.800 km 3 (910 cu mi) equivalente a rock denso (dre), dos quais 1.800 km 3 (430 cu mi) foi depositado como queda de cinzas e 2.000 km 3 (480 cu mi) como ignimbrite, tornando essa erupção a maior durante o período quaternário. As estimativas de volume anteriores variaram de 2.000 km 3 (480 cu mi) a 6.000 km 3 (1.400 cu mi). Dentro da caldeira, a espessura máxima dos fluxos piroclásticos é superior a 600 m (2.000 pés). A folha de saída originalmente cobria uma área de 20.000 a 30.000 km 2 (7.700 a 11.600 m2) com espessura quase 100 m (330 pés), provavelmente chegando ao Oceano Índico e no estreito de Malaca. A queda do ar dessa erupção cobriu o subcontinente indiano em uma camada de cinzas de 5 cm (2,0 polegadas), o Mar da Arábia em 1 mm (0,039 pol), o Mar da China Meridional em 3,5 cm (1,4 pol) e o Oceano Índico Central do Índice Bacia em 10 cm (3,9 pol). Seu horizonte de queda de cinzas cobriu uma área de mais de 38.000.000 km 2 (15.000.000 m²) em 1 cm (0,39 pol) ou mais espessura. Na África Subsaariana, fragmentos microscópicos de vidro dessa erupção também são descobertos na costa sul da África do Sul, nas planícies do noroeste da Etiópia, no lago Malawi e no lago Chala. No sul da China, Toba Tephras é encontrado no lago Huguangyan Maar.

O colapso subsequente formou uma caldeira que se encheu de água, criando o lago Toba. A ilha no centro do lago é formada por uma cúpula ressurgente.

Efeitos climáticos

Clima no momento da erupção

O Stadial 20 da Groenlândia (GS20) é um evento frio de um milênio no Oceano Atlântico Norte que começou na época da erupção de Toba. O momento do início do GS20 é datado de 74,0 a 74,2 Kyr, e todo o evento durou cerca de 1.500 anos. É a parte estáadial do evento 20 (DO20), comumente explicado por uma redução abrupta na força da circulação de capotamento meridional do Atlântico (AMOC). O AMOC mais fraco causou aquecimento no Oceano Antártico e na Antártica, e essa assincronia é conhecida como gangorra bipolar. O início do evento de refrigeração do GS20 corresponde ao início do evento de aquecimento do isótopo Antártico 19 (AIM19). O GS20 foi associado a descargas de iceberg no Atlântico Norte, portanto, também foi nomeado Heinrich Stadial 7a. Os eventos de Heinrich tendem a ser mais longos, mais frios e com AMOC mais fraco no Oceano Atlântico do que outros estadiantes. De 74 a 58 Kyr, a Terra passou do estágio interglacial do isótopo marinho (MIS) 5 para o MIS glacial 4, experimentando resfriamento e expansão glacial. Essa transição faz parte do ciclo interglacial-glacial do Pleistoceno, impulsionado por variações na órbita da Terra. A temperatura do oceano resfriada em 0,9 ° C (1,6 ° F). O nível do mar caiu 60 m (200 pés). As camadas de gelo do hemisfério norte embarcaram em expansão significativa e superaram a extensão do último máximo glacial no leste da Europa, nordeste da Ásia e Cordilheira norte -americana. A glaciação do Hemisfério Sul cresceu em sua extensão máxima durante o MIS 4. Região australiana, África e Europa foram caracterizadas por um ambiente cada vez mais frio e árido.

Possíveis registros climáticos de erupção

Enquanto a erupção de Toba ocorreu no pano de fundo de rápidas transições climáticas do GS20 e MIS 4 desencadeadas por mudanças nas correntes oceânicas e insolação, se a erupção desempenhou algum papel na aceleração desses eventos é muito mais debatida. Os registros marítimos do Mar da China Meridional de Clima, amostrados a cada intervalo do centenário, mostram 1 ° C (1,8 ° F) de resfriamento acima da camada de cinzas de Toba por mil anos, mas os autores admitem que pode ser apenas GS20. Os registros marítimos do Mar Arabian confirmam que a Toba Ash ocorreu após o início do GS20, mas também que o GS20 não está mais frio que o GS21 nos registros, dos quais os autores concluem que a erupção não intensificou o resfriamento do GS20. Amostragem densa de registros ambientais, a cada intervalo de 6 a 9 anos, no lago Malawi, não mostra mudanças induzidas por refrigeração na ecologia do lago e em florestas gramadas após a deposição de toba cinzas, mas a aridez forçada de resfriamento matou as florestas de alta elevação. Os estudos de Lake Malawi concluíram que os efeitos ambientais da erupção eram leves e limitados a menos de uma década na África Oriental, mas esses estudos são questionados devido à mistura de sedimentos que diminuiriam o sinal de resfriamento. Os registros ambientais de um local da Idade da Pedra média na Etiópia, no entanto, mostram que uma seca severa ocorreu simultaneamente com a camada de cinzas de Toba, que alterou os comportamentos iniciais de forragem humana.

Não foram identificadas cinzas de Toba nos registros do núcleo de gelo, mas quatro eventos de sulfato dentro dos estratos de gelo foram propostos para possivelmente representar a deposição de aerossóis da erupção de Toba. Um evento de sulfato em 73,75-74,16 Kyr, que tem todas as características da erupção de Toba, está entre as maiores cargas de sulfato que já foram identificadas. Nos registros do núcleo de gelo, o resfriamento do GS20 já estava em andamento no momento da deposição de sulfato, no entanto, um período de 110 anos de resfriamento acelerado seguiu o evento de sulfato, e os autores interpretam essa aceleração como AMOC enfraquecido pela erupção de Toba.

Modelagem climática

Os efeitos climáticos modelados da erupção de Toba depende da massa de gases sulfurosos e processos microfísicos de aerossol. Modelagem em uma emissão de 8.5 × 10 14 g de enxofre, que é 100 vezes o enxofre pinatubo de 1991, o inverno vulcânico tem um resfriamento médio global máximo de 3,5 ° C (6,3 ° F) e retorna gradualmente dentro da faixa de variabilidade natural 5 anos após a erupção. Um início de período de 1.000 anos ou era do gelo não é apoiado pelo modelo. Dois outros cenários de emissão, 1 × 10 14 g e 1 × 10 15 g , são investigados usando simulações de ponta fornecidas por simulações fornecidas por o modelo comunitário do sistema terrestre. O resfriamento médio global máximo é de 2,3 ° C (4,1 ° F) para a emissão inferior e 4,1 ° C (7,4 ° F) para a emissão mais alta. Forte diminuição da precipitação ocorre em alta emissão. As anomalias negativas da temperatura retornam a menos de 1 ° C (1,8 ° F) dentro de 3 e 6 anos para cada cenário de emissão após a erupção. Mas até agora nenhum modelo pode simular processos microfísicos de aerossol com precisão suficiente, restrições empíricas de erupções históricas sugerem que o tamanho do aerossol pode reduzir substancialmente a magnitude do resfriamento para menos de 1,5 ° C (2,7 ° F), independentemente do enxofre emitido.

Teoria da catástrofe de Toba

A teoria da catástrofe de Toba sustenta que a erupção causou um inverno vulcânico global grave de seis a dez anos e contribuiu para um episódio de resfriamento de 1.000 anos, resultando em um gargalo genético em humanos. No entanto, algumas evidências físicas contestam a associação com o evento frio de um milênio e o gargalo genético, e outros consideram a teoria que refute.

História

Em 1972, uma análise das hemoglobinas humanas encontrou muito poucas variantes e, para explicar a baixa frequência de variação, a população humana deve ter sido tão baixa quanto alguns milhares até muito recentemente. Mais estudos genéticos confirmaram uma população eficaz da ordem de 10.000 para grande parte da história humana. Pesquisas subsequentes sobre as diferenças nas sequências de DNA mitocondrial humano dataram um rápido crescimento de um pequeno tamanho de população efetiva de 1.000 a 10.000, em algum momento entre 35 e 65 kyr.

Em 1993, o jornalista científico Ann Gibbons postulou que o crescimento da população foi suprimido pelo clima frio da última Era do Gelo do Pleistoceno, possivelmente exacerbada pela super-erupção Toba, que na época era datada entre 73 e 75 kyr perto do início do período glacial MIS 4. A expansão humana explosiva subsequente acreditava ser o resultado do fim da era do gelo. O geólogo Michael R. Rampino, da Universidade de Nova York, e o vulcanologista Stephen Self da Universidade do Havaí em Mānoa apoiaram sua teoria. Em 1998, o antropólogo Stanley H. Ambrose, da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign, levantou a hipótese de que a erupção de Toba causou um acidente na população humana a apenas alguns milhares de indivíduos sobreviventes, e a recuperação subsequente foi suprimida pela condição glacial global de Mis 4 até que o O clima acabou passando para a condição mais quente do MIS 3 cerca de 60.000 anos atrás, durante o qual ocorreu uma rápida expansão da população humana.

Efeitos possíveis em Homo

Pelo menos duas outras linhagens HOMO , H. Neandertais e Denisovanos, sobreviveram à erupção de Toba e à Idade do Gelo MIS 4 subsequente, pois sua última presença é datada de ca. 40 Kyr e CA. 55 Kyr. Outras linhagens, incluindo h. floresiensis , h. Luzonensis , e Penghu 1 também pode ter sobrevivido pela erupção. Mais recentemente, as reconstruções da história demográfica humana usando sequenciamento de genoma inteiro e descobertas de culturas arqueológicas com a camada de cinzas de Toba adicionam mais luz à maneira como os humanos haviam se saído durante a erupção e os seguintes GS20 e MIS 4 Idade do Gelo.

História demográfica humana

Análise recente aplica o modelo de Markov ao conjunto completo de material genético para inferir a história da população humana. Nas populações não africanas, os estudos recuperam um declínio acentuado a longo prazo em números que começam 200 kyr e atingem o ponto mais baixo em torno de 40-60 kyr. Durante esse gargalo, as populações não africanas sofreram redução de 5 a 15 vezes, com apenas 1.000 a 3.000 indivíduos restantes em 50 kyr, consistentes com os primeiros estudos de mtDNA. Essa contração não africana grave é consistente com o efeito do fundador causado pela dispersão fora da África. Como um pequeno grupo com um tamanho de alguns milhares de pessoas migraram do continente africano para o Oriente Próximo, a redução drástica de números impressa na diversidade genômica não africana. A análise genética identificou 56 varreduras seletivas relacionadas a adaptações a frio em populações não africanas, das quais 31 varreduras ocorreram durante 72-97 kyr. Este evento de seleções estreitamente cronometrado é denominado parada árabe e pode ter sido causada pelas condições áridas frias graves desde o início do MIS 4 e exacerbada pela super-erupção de Toba.

As populações africanas experimentaram um gargalo um pouco mais cedo, mais amenas e se recuperaram anteriormente. O povo Luhya e Maasai atingiu seus números mais baixos em torno de 70 a 80 kyr, enquanto o povo iorubá atingiu um nadir em torno de 50 kyr, embora a tendência em queda de longo prazo já tenha começado antes de 200 Kyr. Os tamanhos populacionais eficazes restantes estimados são de cerca de 10.000 indivíduos, maiores que o tamanho não africano estimado durante o gargalo. Ao contrário das populações não africanas, não há consenso quanto à causa do gargalo africano. As causas propostas incluem deterioração climática (do MIS 5, erupção de Toba, GS20 e/ou MIS 4), redução na subestrutura entre as populações africanas e efeitos fundadores da dispersão na África.

Análise genética anterior de sequências ALU em todo o genoma humano mostrou que o tamanho efetivo da população humana era inferior a 26.000 em 1,2 milhão de anos atrás; As possíveis explicações para o baixo tamanho populacional dos ancestrais humanos podem incluir acidentes populacionais repetidos ou eventos de substituição periódica de subespécies concorrentes. A análise do genoma inteiro recupera o tamanho da população africana muito baixa, há cerca de 1 milhão de anos. Pensa-se que este gargalo de 1 milhão de anos foi causado por uma grave idade do gelo, 22, que marcou a transição climática do meio do Pleistoceno com aridez generalizada na África.

Estudos arqueológicos

Outras pesquisas lançaram dúvidas sobre uma associação entre o complexo Toba Caldera e um gargalo genético. Por exemplo, ferramentas de pedra antigas no vale de Jurrreru, no sul da Índia, foram encontradas acima e abaixo de uma espessa camada de cinzas da erupção de Toba e eram muito semelhantes nessas camadas, sugerindo que as nuvens de poeira da erupção não acabaram com essa população local . No entanto, outro local na Índia, o Vale do Son Médio, exibe evidências de um grande declínio da população e foi sugerido que as fontes abundantes do vale de Jurreru possam ter oferecido a seus habitantes proteção única. No vale de Jurreru, no sul da Índia, as ferramentas de pedra paleolítica média abaixo da camada de cinzas de Toba são datadas por OSL a 77 ± 4 kyr, enquanto as ferramentas de idade de pedra acima da camada de cinzas são restringidas a não ter mais de 55 kyr. Suspeita-se que essa lacuna etária seja devida à remoção de sedimentos pós-erupção ou a dizimação da população local até a reocupação em 55 kyr. Evidências arqueológicas adicionais do sul e norte da Índia também sugerem uma falta de evidências para os efeitos da erupção nas populações locais, fazendo com que os autores do estudo concluam, "muitas formas de vida sobreviveram à supererupção, ao contrário de outras pesquisas que tiveram sugeriu extinções animais significativas e gargalos genéticos ". No entanto, alguns pesquisadores questionaram as técnicas utilizadas até o momento dos artefatos para o período após o supervulcão TOBA. A catástrofe de Toba também coincide com o desaparecimento dos homininos de Skhul e Qafzeh. Evidências da análise de pólen sugeriram o desmatamento prolongado no sul da Ásia, e alguns pesquisadores sugeriram que a erupção de Toba pode ter forçado os seres humanos a adotar novas estratégias adaptativas, o que pode ter permitido que substituísse os neandertais e " outras espécies humanas arcaicas " ;.

Gargalos genéticos em outros mamíferos

Algumas evidências indicam acidentes populacionais de outros animais após a erupção de Toba. As populações do chimpanzé da África Oriental, Orangotango Bornano, Macaque da Índia Central, Cheetah e Tiger, todos expandiram -se de populações muito pequenas por cerca de 70.000 a 55.000 anos atrás.

Ver também

  • As primeiras migrações humanas – Espalhamento de seres humanos da África através do mundo
  • ancestral comum mais recente – indivíduo mais recente do qual todos os organismos em um grupo são diretamente descendentes
  • Extinções tardias Pleistocenas – Extinções de grandes mamíferos no Pleistoceno tardio
  • Origem africana recente dos humanos modernos - teoria "Out of África" da migração precoce dos seres humanos
  • Linha do tempo do volcanismo na Terra
  • Linha Wallace – Linha que separa a fauna asiática e australiana

Citações e notas

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Leitura adicional

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  • População Gargalos e inverno vulcânico
  • «Toba Volcano by George Weber» (em inglês). Arquivado do original em 22 de abril de 2011. Retrieved 1 de Junho, 2006.
  • "O estudo adequado da humanidade" – Artigo em O Economista
  • Homepage do Professor Stanley H. Ambrose, incluindo informações bibliográficas sobre os dois papéis que publicou na teoria da catástrofe de Toba
  • Monte Toba: Late Pleistocene população humana gargalos, inverno vulcânico e diferenciação dos seres humanos modernos pelo professor Stanley H. Ambrose, Departamento de Antropologia, Universidade de Illinois, Urbana, EUA; Extrato de "Journal of Human Evolution" [1998] 34, 623–651
  • Viagem da Humanidade pela Fundação Bradshaw – inclui discussão sobre a erupção de Toba, DNA e migrações humanas
  • Geografia Predicts Human Genetic Diversity ScienceDaily (Mar. 17, 2005) – Ao analisar a relação entre a localização geográfica das populações humanas atuais em relação à África Oriental e a variabilidade genética dentro dessas populações, pesquisadores encontraram novas evidências para uma origem africana dos humanos modernos.
  • Fora da África – Bacteria, As Well: Homo Sapiens And H. Pylori Jointly Spread Across The Globe ScienceDaily (16 de fevereiro de 2007) – Quando o homem saiu da África há cerca de 60.000 anos para preencher o mundo, ele não estava sozinho: Ele foi acompanhado pela bactéria Helicobacter pylori...; mapa de migração.
  • Magma 'Pancakes' pode ter alimentado Toba Supervolcano
  • Youtube vídeo "Stone Age Apocalypse"
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