Teoría de la catástrofe de Toba

La erupción de Toba, (a veces llamada la supererupción de Toba o la erupción de Toba más joven) fue una erupción de un supervolcán que ocurrió hace unos 74.000 años. en el sitio del actual lago Toba en Sumatra, Indonesia. Es una de las erupciones explosivas más grandes conocidas en la Tierra. La teoría de la catástrofe de Toba sostiene que este evento 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 provocó un cuello de botella genético en los humanos.

Varios estudios genéticos revelaron que hace 50 000 años, la población de ancestros humanos se expandió enormemente de unos pocos miles de individuos. La periodista científica Ann Gibbons postuló que el bajo tamaño de la población fue causado por la erupción de Toba. El geólogo Michael R. Rampino de la Universidad de Nueva York y el vulcanólogo Stephen Self de la Universidad de Hawái en Manoa apoyaron su sugerencia. En 1998, el antropólogo Stanley H. Ambrose de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign desarrolló aún más la teoría del cuello de botella. Sin embargo, algunas pruebas físicas cuestionan los vínculos con el evento frío de un milenio y el cuello de botella genético, y algunos consideran que la teoría es refutada.

Erupción supervolcánica

La erupción de Toba ocurrió en la ubicación actual del lago Toba en Indonesia y se fechó hace 73 880 ± 320 años mediante la datación con argón de potasio de alta precisión. Esta erupción fue la última y más grande de las cuatro erupciones del Complejo Toba Caldera durante el período Cuaternario, y también se reconoce a partir de su horizonte de diagnóstico de caída de ceniza, la toba Toba. Tenía un índice de explosividad volcánica estimado (VEI) de 8 (la calificación más alta en la escala); hizo una contribución considerable al complejo de caldera de 100 km × 35 km (62 mi × 22 mi).

Según la distribución conocida de la caída de ceniza y los flujos piroclásticos, se estimó que el volumen eruptivo es de al menos 2800 km³ (670 cu mi) de roca densa equivalente (DRE), de los cuales 800 km³ (190 cu mi) se depositó como caída de ceniza. Los modelos computacionales de dispersión de ceniza sugirieron que posiblemente hubo una erupción de hasta 5300 km³ (1300 cu mi) DRE. Se ha sugerido un volumen aún mayor de 6000 km³ (1400 cu mi) DRE basado en la pérdida y erosión de la ceniza de los flujos piroclásticos. La erupción de Toba fue la erupción volcánica explosiva más grande conocida en el período Cuaternario.

La erupción fue de una intensidad excepcional y se completó en solo 9 a 14 días. La masa en erupción de Toba depositó una capa de ceniza de unos 15 centímetros (6 pulgadas) de espesor sobre el subcontinente indio. También se depositó un manto de ceniza volcánica sobre el Océano Índico, el Mar Arábigo y el Mar de China Meridional. También se han descubierto fragmentos de vidrio de esta erupción en África oriental.

Efectos climáticos

Al analizar los proxies climáticos y simular el forzamiento climático, los investigadores pueden obtener información sobre los efectos climáticos inmediatos de la erupción de Toba. Sin embargo, existen limitaciones para ambos enfoques. En los registros sedimentarios donde la toba Toba no sirve como horizonte marcador, no puede precisar la sección exacta que registra las condiciones ambientales inmediatamente posteriores a la erupción. Mientras tanto, en los registros sedimentarios que tienen la toba Toba como horizonte marcador, la tasa de sedimentación puede ser demasiado baja para capturar los efectos climáticos a corto plazo de la erupción. Por otro lado, los resultados de los modelos climáticos dependen completamente del presupuesto volátil del magma en erupción, por lo tanto, varía de acuerdo con el presupuesto volátil asumido.

Proxy climático

La capa de tefra toba en los sedimentos marinos coincide con el límite de la etapa 5a a 4 del isótopo marino δ18O, lo que marca una transición climática de cálido a frío causada por el cambio en la circulación oceánica y la caída en la concentración atmosférica de CO2, también conocido como evento Dansgaard-Oeschger. El geólogo Michael R. Rampino y el vulcanólogo Stephen Self plantearon la hipótesis de que la erupción de Toba aceleró este cambio. Probar esta hipótesis requirió registros sedimentarios de mayor resolución.

Dos núcleos de sedimentos marinos del horizonte Toba recuperados del norte del océano Índico y el mar de China Meridional no mostraron un enfriamiento pronunciado o un enfriamiento de 0,8 a 1,0 °C (1,4 a 1,8 °F) en los siglos posteriores a la erupción. La resolución del núcleo fue insuficiente para determinar que el enfriamiento fue causado por la erupción de Toba, ya que los dos eventos podrían estar separados por décadas o siglos en el núcleo. Sin embargo, no se espera que aparezca un enfriamiento severo de solo unos pocos años en estos registros de sedimentos de resolución centenaria. No obstante, los registros sedimentarios marinos respaldan que Toba tuvo solo un impacto menor en las escalas de tiempo de más de un siglo.

En los núcleos de hielo de Groenlandia, un gran pico de sulfato que apareció entre los eventos 19 y 20 de Dansgaard-Oeschger posiblemente estuvo relacionado con la erupción de Toba. Los valores de δ18O de los núcleos de hielo indican un evento de enfriamiento de 1000 años inmediatamente después de la señal del sulfato. Sin embargo, el δ18O de alta resolución excluyó la posibilidad de un impacto de enfriamiento de la erupción de más de un siglo de duración y descartó que Toba desencadenara el enfriamiento ya que ya estaba en marcha.

La resolución insuficiente en los sedimentos marinos que contienen la toba Toba ha dificultado la evaluación de los efectos a corto plazo que pueden haber durado menos de un siglo.

En 2013, se informó una capa microscópica de ceniza de Toba en los sedimentos del lago Malawi. Junto con la alta tasa de sedimentación del lago y el horizonte de Toba, varios equipos han reconstruido el entorno local después de la erupción de Toba con una resolución subdecadal de ~ 6 a 9 años. Los sedimentos en el núcleo no muestran evidencia clara de enfriamiento ni desviaciones inusuales en las concentraciones de indicadores ecológicos sensibles al clima. Estos resultados implican que la duración del enfriamiento de Toba debe haber sido más corta que la resolución de muestreo de ~ 6 a 9 años o de una magnitud demasiado pequeña en África Oriental.

Modelo climático

La masa de gases sulfurosos emitidos durante la erupción de Toba es un parámetro crucial al modelar sus efectos climáticos.

Suponiendo una emisión de 1700 millones de toneladas (1900 millones de toneladas cortas) de dióxido de azufre, que es 100 veces el azufre del Pinatubo de 1991, el invierno volcánico modelado 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.

En un estudio de 2021, se investigan otros dos escenarios de emisión, 200 millones de toneladas (0,22 millones de toneladas cortas) y 2 000 millones de toneladas (2 200 millones de toneladas cortas) de dióxido de azufre, que son 10 y 100 veces mayores que las de Pinatubo, respectivamente. 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 una emisión de 200 millones de toneladas de SO₂ y de −4,1 °C (−7,4 °F) para una liberación de 2 000 millones de toneladas de SO ₂ liberación. 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.

Los estudios petrológicos del magma de Toba restringieron que la masa de aerosoles de ácido sulfúrico de la erupción de Toba represente aproximadamente de 2 a 5 veces los aerosoles de ácido sulfúrico generados durante la erupción del Pinatubo de 1991. Los estudios sugieren que los modelos anteriores de las perturbaciones de la temperatura global después de la erupción de Toba fueron excesivos. Los registros del núcleo de hielo de la inyección de azufre atmosférico durante el período durante el cual ocurrió la erupción de Toba contienen tres grandes inyecciones que son de 10 a 30 veces el azufre del Pinatubo.

Hipótesis del cuello de botella genético

Cuello de botella genético en humanos

La erupción de Toba se ha relacionado con un cuello de botella genético en la evolución humana hace unos 70.000 años; se plantea la hipótesis de que la erupción resultó en una severa reducción en el tamaño de la población humana total debido a los efectos de la erupción en el clima global. De acuerdo con la teoría del cuello de botella genético, hace entre 50 000 y 100 000 años, las poblaciones humanas disminuyeron drásticamente a 3000-10 000 individuos sobrevivientes. Está respaldado por algunas pruebas genéticas que sugieren que los humanos actuales descienden de una población muy pequeña de entre 1000 y 10 000 parejas reproductoras que existió hace unos 70 000 años.

Los defensores de la teoría del cuello de botella genético (incluido Robock) sugieren que la erupción de Toba resultó en un desastre ecológico global, incluida la destrucción de la vegetación junto con una sequía severa en el cinturón de la selva tropical y en las regiones monzónicas. Un invierno volcánico de 10 años provocado por la erupción podría haber destruido en gran medida las fuentes de alimento de los humanos y causado una reducción severa en el tamaño de la población. Estos cambios ambientales pueden haber generado cuellos de botella en la población de muchas especies, incluidos los homínidos; esto, a su vez, puede haber acelerado la diferenciación dentro de la población humana más pequeña. Por lo tanto, las diferencias genéticas entre los humanos modernos pueden reflejar cambios en los últimos 70 000 años, en lugar de una diferenciación gradual durante cientos de miles de años.

Otra investigación ha puesto en duda un vínculo entre el Toba Caldera Complex 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 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.. Sin embargo, otro sitio en la India, el valle de Middle Son, exhibe 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. La evidencia arqueológica adicional del sur y el norte de la India también sugiere una falta de evidencia de los efectos de la erupción en las poblaciones locales, lo que lleva a los autores del estudio a concluir que "muchas formas de vida sobrevivieron a la supererupción, al contrario de otras investigaciones que han sugirió importantes extinciones de animales y cuellos de botella genéticos". Sin embargo, algunos investigadores han cuestionado las técnicas utilizadas para fechar los artefactos en el período posterior al supervolcán Toba. La Catástrofe de Toba también coincide con la desaparición de los homínidos Skhul y Qafzeh. 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 les puede haber permitido reemplazar a los neandertales y "otras especies humanas arcaicas".;.

Advertencias adicionales incluyen dificultades para estimar los impactos climáticos globales y regionales de la erupción y la falta de evidencia concluyente de la erupción anterior al cuello de botella. Además, el análisis genético de las secuencias Alu en todo el genoma humano ha 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 cuellos de botella repetidos en la población o eventos de reemplazo periódicos de subespecies Homo competidoras.

Cuellos de botella genéticos en otros mamíferos

Alguna evidencia apunta a cuellos de botella genéticos en otros animales a raíz de la erupción de Toba. Las poblaciones del chimpancé de África oriental, el orangután de Borneo, el macaco de la India central, el guepardo y el tigre, se recuperaron de poblaciones muy pequeñas hace alrededor de 70.000 a 55.000 años.

Migración después de Toba

Se desconoce la distribución geográfica exacta de las poblaciones humanas anatómicamente modernas en el momento de la erupción, y las poblaciones supervivientes pueden haber vivido en África y posteriormente migrar a otras partes del mundo. Los análisis de ADN mitocondrial han estimado que la mayor migración desde África ocurrió hace 60.000 a 70.000 años, lo que concuerda con la datación de la erupción de Toba hace unos 75.000 años.

Citas y notas