La catástrofe Toba que pudo acabar con la humanidad

 

Toba Lake Sumatra

Extract from "Journal of Human Evolution"

Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans.

by Professor Stanley H. Ambrose,

Department of Anthropology, University Of Illinois, Urbana, USA

Extract from "Journal of Human Evolution" [1998] 34, 623-651

The last glacial period was preceded by 1000 years of the coldest temperatures of the Late Pleistocene, apparently caused by the eruption of the Mount Toba volcano. The six year long volcanic winter and 1000-year-long instant Ice Age that followed Mount Toba's eruption may have decimated Modern Man's entire population. Genetic evidence suggests that Human population size fell to about 10,000 adults between 50 and 100 thousand years ago. The survivors from this global catastrophy would have found refuge in isolated tropical pockets, mainly in Equatorial Africa. Populations living in Europe and northern China would have been completely eliminated by the reduction of the summer temperatures by as much as 12 degrees centigrade.

Volcanic winter and instant Ice Age may help resolve the central but unstated paradox of the recent African origin of Humankind: if we are all so recently "Out of Africa", why do we not all look more African?

Because the volcanic winter and instant Ice Age would have reduced populations levels low enough for founder effects, genetic drift and local adaptations to produce rapid changes in the surviving populations, causing the peoples of the world to look so different today. In other words, Toba may have caused Modern Races to differentiate abruptly only 70,000 years ago, rather than gradually over one million years.

El último periodo glacial estuvo precedido por 1000 años de las temperaturas más frías del Pleistoceno tardío, aparentemente causadas por la erupción del volcán Toba. El invierno volcánico de seis años y la repentina Edad de Hielo de 1000 años que siguió a la erupción del Toba pudieron haber diezmado a toda la población del hombre moderno. La evidencia genética sugiere que el tamaño de la población humana se redujo a unos 10 000 adultos entre 50 000 y 100 000 años atrás. Los supervivientes de esta catástrofe global habrían encontrado refugio en zonas tropicales aisladas, principalmente en África ecuatorial. Las poblaciones que vivían en Europa y el norte de China habrían sido completamente exterminadas por la reducción de las temperaturas estivales hasta en 12 grados centígrados.

El invierno volcánico y la repentina Edad de Hielo podrían ayudar a resolver la paradoja central, aunque tácita, del reciente origen africano de la humanidad: si todos salimos de África hace tan poco tiempo, ¿por qué no tenemos rasgos más africanos?

Debido a que el invierno volcánico y la repentina Edad de Hielo habrían reducido los niveles de población lo suficiente como para que los efectos fundadores, la deriva genética y las adaptaciones locales produjeran cambios rápidos en las poblaciones supervivientes, lo que explicaría las diferencias tan marcadas que existen hoy en día entre los pueblos del mundo. En otras palabras, Toba pudo haber provocado una diferenciación abrupta de las razas modernas hace tan solo 70 000 años, en lugar de una diferenciación gradual a lo largo de un millón de años.

Volcanic Winter

The Mount Toba eruption is dated to approximately 71,000 years ago. Volcanic ash from Mount Toba can be traced north-west across India, where a widespread terrestrial marker bed exists of primary and reworked airfall ash, in beds that are commonly 1 to 3, and occasionally 6 meters [18 feet] thick.

Tambora, the largest known historic eruption, displaced 20 cubic kilometres of ash. Mount Toba produced 800 cubic kilometres.* It was therefore forty times larger than the largest eruption of the last two centuries and apparently the second largest known explosive eruption over the last 450 million years.

Volcanic Winter, and Differentiation of Modern Humans

Mount Toba's eruption is marked by a 6 year period during which the largest amount of volcanic sulphur was deposited in the past 110,000 years. This dramatic event was followed by 1000 years of the lowest ice core oxygen isotope ratios of the last glacial period. In other words, for 1000 years immediately following the eruption, the earth witnessed temperatures colder than during the Last Glacial Maximum at 18-21,000 years ago.

For the volcanic aerosols to be effectively distributed around the earth, the plume from the volcanic eruptions must reach the stratosphere, a height greater than 17 kilometres. Mount Toba's plume probably reached twice this height. Most solar energy falls at low latitudes between the Tropics of Cancer and Capricorn, so eruptions that happen near the Equator cause much more substantial cooling due to the reflection of solar energy. Toba lies 2 degrees north of the Equator, on the Island Sumatra.

The reduction in atmospheric visibility due to volcanic ash and dust particles is relatively short-lived, about three to six months. Longer-term global climatic cooling is caused by the highly reflective sulphuric acid haze, which stays suspended in the upper atmosphere for several years.

Ice core evidence implicates Mount Toba as the cause of coldest millennium of the late Pleistocene. It shows that this eruption injected more sulphur that remained in the atmosphere fo a longer time [six years] than any other volcanic eruption in the last 110,000 years. This may have caused nearly complete deforestation of southeast Asia, and at the same time to have lowered sea surface temperatures by 3 to 3.5 degrees centigrade for several years.

If Tambora caused the " The year without a summer" in 1816, Mount Toba could have been responsible for six years of relentless volcanic winter, thus causing a massive deforestation, a disastrous famine for all living creatures, and a near extinction of Humankind.

Invierno volcánico

La erupción del Monte Toba data de hace aproximadamente 71 000 años. La ceniza volcánica del Monte Toba se puede rastrear hacia el noroeste a través de la India, donde existe una extensa capa de ceniza primaria y reelaborada, con espesores que suelen ser de 1 a 3 metros, y ocasionalmente de 6 metros.

La erupción del Tambora, la mayor erupción histórica conocida, desplazó 20 kilómetros cúbicos de ceniza. El Monte Toba produjo 800 kilómetros cúbicos.* Por lo tanto, fue cuarenta veces mayor que la mayor erupción de los últimos dos siglos y, aparentemente, la segunda mayor erupción explosiva conocida en los últimos 450 millones de años.

Invierno volcánico y diferenciación de los humanos modernos

La erupción del Monte Toba se caracteriza por un período de 6 años durante el cual se depositó la mayor cantidad de azufre volcánico en los últimos 110 000 años. Este dramático evento fue seguido por 1000 años con las proporciones de isótopos de oxígeno en el núcleo de hielo más bajas del último período glacial. En otras palabras, durante los 1000 años inmediatamente posteriores a la erupción, la Tierra experimentó temperaturas más frías que durante el Último Máximo Glacial, hace entre 18 000 y 21 000 años.

Para que los aerosoles volcánicos se distribuyan eficazmente por la Tierra, la columna de ceniza de las erupciones volcánicas debe alcanzar la estratosfera, una altura superior a los 17 kilómetros. La columna de ceniza del Monte Toba probablemente alcanzó el doble de esta altura. La mayor parte de la energía solar incide en latitudes bajas, entre el Trópico de Cáncer y el Trópico de Capricornio, por lo que las erupciones que ocurren cerca del Ecuador provocan un enfriamiento mucho más significativo debido a la reflexión de la energía solar. Toba se encuentra a 2 grados al norte del Ecuador, en la isla de Sumatra.

La reducción de la visibilidad atmosférica debido a las cenizas y partículas de polvo volcánico es relativamente breve, de entre tres y seis meses. El enfriamiento climático global a largo plazo es causado por la neblina de ácido sulfúrico, altamente reflectante, que permanece suspendida en la atmósfera superior durante varios años.

Los datos de los núcleos de hielo señalan al Monte Toba como la causa del milenio más frío del Pleistoceno tardío. Estos datos muestran que esta erupción inyectó más azufre, que permaneció en la atmósfera durante más tiempo (seis años), que cualquier otra erupción volcánica en los últimos 110 000 años. Esto pudo haber provocado la deforestación casi total del sudeste asiático y, al mismo tiempo, haber reducido la temperatura de la superficie del mar entre 3 y 3,5 grados centígrados durante varios años.

Si el Tambora causó el "año sin verano" de 1816, el Monte Toba podría haber sido responsable de seis años de implacable invierno volcánico, causando así una deforestación masiva, una hambruna desastrosa para todos los seres vivos y una casi extinción de la humanidad.

The Volcanic Winter/Weak Garden of Eden model proposed in this paper. Population subdivision due to dispersal within African and other continents during the early Late Pleistocene is followed by bottlenecks caused by volcanic winter, resulting from the eruption of Toba, 71 ka. The bottleneck may have lasted either 1000 years, during the hyper-cold stadial period between Dansgaard-Oeschlger events 19 and 20, or 10ka, during oxygen isotope stage 4. Population bottlenecks and releases are both sychronous. More individuals survived in Africa because tropical refugia were largest there, resulting in greater genetic diversity in Africa.

El modelo de invierno volcánico/jardín del Edén débil propuesto en este artículo. La subdivisión poblacional debida a la dispersión dentro de África y otros continentes durante el Pleistoceno tardío temprano fue seguida por cuellos de botella causados ​​por el invierno volcánico, resultado de la erupción del Toba, hace 71 ka. El cuello de botella pudo haber durado 1000 años, durante el período stadial hiperfrío entre los eventos Dansgaard-Oeschlger 19 y 20, o 10 ka, durante la etapa isotópica de oxígeno 4. Los cuellos de botella y las liberaciones poblacionales son sincrónicos. Más individuos sobrevivieron en África porque los refugios tropicales eran más grandes allí, lo que resultó en una mayor diversidad genética en África.

Blombos Cave : 77,000 years old

Small and portable, this red ochre stone is engraved with what must be "tally" marks. It is one of two such stones recently found in the Blombos Cave in South Africa and have been dated as being 77,000 years old, making them the oldest form of recorded counting ever found.

The stone is worn which probably indicated that it wasconstantly handled over a period of time, how long is impossible to tell. It looks as though the stone has been reused at least once before as the lighter marks appear to have been erased rather than worn away naturally.

If the dating is accurate this stone was used 5000 years before the Mount Toba eruption of 71,000 years ago. The evidence from the Toba eruption indicates that the world's population of Modern Manwas reduced to a total of around 10,000 adults.

F. GENETICS of Human Origin: The Toba Catastrophe / Supereruption 

 The Toba Catastrophe / Supereruption - By Advocate De Waal Lubbe

The Toba supereruption occurred between 69,000 and 77,000 years ago at Lake Toba (Sumatra, Indonesia), and it is recognized as one of the earth's largest known eruptions.  The related catastrophe theory holds that this supervolcanic event plunged the planet into a 6-to-10-year volcanic winter, which resulted in the world's human population being reduced to 10,000 or even a mere 1,000 breeding pairs, creating a bottleneck in human evolution.  Some researchers argue that the Toba eruption produced not only a catastrophic volcanic winter but also an additional 1,000-year cooling episode.

The Toba eruption was the latest of three major eruptions which occurred at Toba in the last 1 million years.  Although the Toba eruption took place in Indonesia, it deposited an ash layer approximately 15 centimetres thick, over the entirety of South Asia.  A blanket of volcanic ash was also deposited over the Indian Ocean, and the Arabian and South China Sea.  Deap-sea cores retrieved from the South China Sea extended the known distribution of the eruption and suggest that the ~2,800 km3 calculation of the eruption magnitude is a minimum value or even an under-estimate.

According to Alan Robock (Robock and others 2009), the Toba incident did not initiate an ice age.  Using an emission of 6,000 million tons of sulphur dioxide, his simulations demonstrated a maximum global cooling of around 15oC approximately 3 years after the eruption.  As the satured adiabatic lapse rate is 4.9oC/1,000 m for temeratures above freezing, this means that the tree line and the snow line were around 3,000 m (9,000ft) lower at this time.  Nevertheless, the climate recovered over a few decades. 

Robock found no evidence that the 1,000 year cold period seen in Greenland ice core records was directly generated by the Toba eruption. Nevertheless, he argues that the volcanic winter would have been colder and longerlasting than assumed, which strengthens his argument for a genetic bottleneck. Contrary to Robock, Oppenheimer (Openheimer 2002),believes that estimates of a surface temperature drop of 3-5oC after the eruption are probably too high. 

Despite the different approaches and estimates, scientists agree that a supereruption like the one at Lake Toba must have led to very extensive ash-fall layers and injection of noxious gases into the atmosphere, having severe worldwide effects on climate and weather. 

According to the supporters of the genetic bottleneck theory, between 50,000 and 100,000 years ago, human population suffered a severe population decrease -only 3,000 to 10,000 individuals survived- followed eventually by rapid population increase, innovation, progress and migration.  Several genetics, including Lynn Jorde and Henry Harpending have proposed that the human race was reduced to approximatley five to ten thousand people.  Genetic evidence suggests that all humans alive today, despite apparant variety, are descended from a very small population, perhaps between 1,000 to 10,000 breeding pairs about 70,000 years ago.

Genetic bottlenecks related to the human population

Human parasite: analysis of louse genes

Alan Rogers, a co-author of his study and professor of anthropology an the University if Utah, says: "The record of our past is written in our parasites". Rogers and others have proposed the bottleneck may have occurred because of a mass die-off of early humans due to a globally catastrophic volcanic eruption.  The analysis of louse genes confirmed that the population of Homo sapiens mushroomed after a small band of early humans left Africa sometime between 150,000 and 50,000 years ago.

Human pathogen: analysis of Helicobacter pylori genes

Recent research states that genetic diversity in the pathogenic bacterium Helicobacter pylori decreases with geographic distance from Africa , the birthplace of modern humans.  Using the genetic diversity data, the researchers have created simulation that indicate the bacteria seem to have spread from Africa around 58,000 years ago.  Their results indicated modern humans were already infected by H. pylori before their migrations out of Africa, and H. pylori remained associated with human hosts since that time.

Genetic bottleneck of other mammals

The population of the Eastern African chimpanzee, Bornean orangutan, central Indian macaque the Cheetah - and all tigers, and the separation of the nuclear gene pools of eastern and western lowland gorillas, all recovered from very low numbers around 70,000-55,000 years ago.

Migration after Toba

It is currently not known where human populations were living at the time of the eruption.  The most plausible scenario is that all the survivors were populations living in Africa, whose descendants would go on to populate the world. 

Recent analysis of mitochondrial DNA have set the estimates for the major migration from Africa from 60,000 - 70,000 years ago, around 10-20,000 years earlier than previously thought, and in line with dating of the Toba eruption to around 66,000-76,000 years ago.  During the subsequent tens of thousands of years, the descendants of these migrations populated Australia, East Asai, Europe, and finally the Americas.

Oppenheimer argues that it is difficult to estimate the global end regional climatic impacts of the eruption, and, at the same time, cannot conclude with any confidence that the eruption actually proceeded the / a bottleneck. (Oppenheimer 2002).

Furthermore, 2010 geneticists' study seems to question the foundation of the Toba bottleneck theory: as Alu sequences across the entire human genome has shown that the effective human population was already low before Toba, suggesting that no Toba bottleneck was necessary.  Possible explanations fot the low population size of human ancestors may include repeated population bottlenecks or periodic replacement events from competing Homo subspecies. (Huff & Others 2010).

The genetic trail / genetic research of modern humans, as set out above, is 100 % in line with the archeological findings of prof. Curtis Marean in Mossel Bay, South Africa.  See: When the Sea Saved Humanity, prof. Curtis Marean, Scientific American - August 2010. 

There is great scope for more interaction among anthropologists and population geneticists.

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La Catástrofe/Supererupción de Toba - Por el Abogado De Waal Lubbe

La supererupción de Toba ocurrió hace entre 69.000 y 77.000 años en el lago Toba (Sumatra, Indonesia) y se reconoce como una de las erupciones más grandes conocidas de la Tierra. La teoría de la catástrofe sostiene que este evento supervolcánico sumió al planeta en un invierno volcánico de entre 6 y 10 años, lo que redujo la población humana mundial a 10.000 personas o incluso a tan solo 1.000 parejas reproductoras, creando un cuello de botella en la evolución humana. Algunos investigadores argumentan que la erupción de Toba produjo no solo un invierno volcánico catastrófico, sino también un episodio de enfriamiento adicional de 1.000 años.

La erupción de Toba fue la última de las tres grandes erupciones que ocurrieron en Toba en el último millón de años. Aunque la erupción del Toba tuvo lugar en Indonesia, depositó una capa de ceniza de aproximadamente 15 centímetros de espesor sobre todo el sur de Asia. También se depositó una capa de ceniza volcánica sobre el océano Índico, el mar Arábigo y el mar de China Meridional. Los núcleos de sedimentos extraídos del mar de China Meridional ampliaron la distribución conocida de la erupción e indican que el cálculo de ~2800 km³ para la magnitud de la erupción es un valor mínimo o incluso una subestimación.

Según Alan Robock (Robock y otros, 2009), el incidente del Toba no desencadenó una era glacial. Utilizando una emisión de 6000 millones de toneladas de dióxido de azufre, sus simulaciones demostraron un enfriamiento global máximo de alrededor de 15 °C aproximadamente 3 años después de la erupción. Dado que el gradiente adiabático saturado es de 4,9 °C/1000 m para temperaturas superiores al punto de congelación, esto significa que la línea de árboles y la línea de nieve se encontraban unos 3000 m (9000 pies) más abajo en ese momento. No obstante, el clima se recuperó en el transcurso de algunas décadas.

Robock no encontró evidencia de que el período frío de 1000 años observado en los registros de núcleos de hielo de Groenlandia fuera generado directamente por la erupción del Toba. Sin embargo, argumenta que el invierno volcánico habría sido más frío y prolongado de lo que se suponía, lo que refuerza su argumento a favor de un cuello de botella genético. Contrariamente a Robock, Oppenheimer (Openheimer 2002) cree que las estimaciones de un descenso de la temperatura superficial de 3-5 °C después de la erupción son probablemente demasiado elevadas. A pesar de los diferentes enfoques y estimaciones, los científicos coinciden en que una supererupción como la del lago Toba debió haber generado extensas capas de ceniza y la inyección de gases tóxicos en la atmósfera, con graves repercusiones globales en el clima y la meteorología.

Según los defensores de la teoría del cuello de botella genético, hace entre 50.000 y 100.000 años, la población humana sufrió una drástica disminución —sobrevivieron tan solo entre 3.000 y 10.000 individuos—, seguida posteriormente de un rápido crecimiento demográfico, innovación, progreso y migración. Varios genetistas, entre ellos Lynn Jorde y Henry Harpending, han propuesto que la raza humana se redujo a aproximadamente entre cinco mil y diez mil personas. La evidencia genética sugiere que todos los humanos que viven hoy, a pesar de la aparente diversidad, descienden de una población muy pequeña, quizás de entre 1.000 y 10.000 parejas reproductoras hace unos 70.000 años.

Cuellos de botella genéticos relacionados con la población humana

Parásito humano: análisis de genes de piojos

Alan Rogers, coautor de su estudio y profesor de antropología en la Universidad de Utah, afirma: "El registro de nuestro pasado está escrito en nuestros parásitos". Rogers y otros investigadores han propuesto que el cuello de botella pudo haber ocurrido debido a una mortandad masiva de los primeros humanos a causa de una erupción volcánica catastrófica a nivel mundial. El análisis de genes de piojos confirmó que la población de Homo sapiens creció exponencialmente después de que un pequeño grupo de primeros humanos abandonara África hace entre 150.000 y 50.000 años.

Patógeno humano: análisis de genes de Helicobacter pylori

Investigaciones recientes indican que la diversidad genética de la bacteria patógena Helicobacter pylori disminuye con la distancia geográfica desde África, cuna de los humanos modernos. Utilizando datos de diversidad genética, los investigadores han creado simulaciones que indican que la bacteria parece haberse extendido desde África hace unos 58.000 años. Sus resultados indicaron que los humanos modernos ya estaban infectados por H. pylori antes de sus migraciones fuera de África, y que H. pylori ha permanecido asociado a huéspedes humanos desde entonces.

Cuello de botella genético de otros mamíferos

La población del chimpancé de África Oriental, el orangután de Borneo, el macaco de la India central, el guepardo y todos los tigres, así como la separación de los acervos genéticos nucleares de los gorilas de llanura orientales y occidentales, se recuperaron de poblaciones muy bajas hace entre 70.000 y 55.000 años.

Migración tras el Toba

Actualmente se desconoce dónde vivían las poblaciones humanas en el momento de la erupción. El escenario más plausible es que todos los supervivientes fueran poblaciones que habitaban África, cuyos descendientes poblarían el mundo.

Análisis recientes del ADN mitocondrial han situado la gran migración desde África entre 60.000 y 70.000 años atrás, unos 10.000-20.000 años antes de lo que se creía, y en consonancia con la datación de la erupción del Toba entre 66.000 y 76.000 años atrás. Durante las siguientes decenas de miles de años, los descendientes de estas migraciones poblaron Australia, Asia Oriental, Europa y, finalmente, América.

Oppenheimer sostiene que es difícil estimar los impactos climáticos globales y regionales de la erupción y, al mismo tiempo, no puede concluir con certeza que la erupción precediera a un cuello de botella climático (Oppenheimer, 2002).

Además, un estudio de genetistas de 2010 parece cuestionar los fundamentos de la teoría del cuello de botella de Toba: dado que las secuencias Alu en todo el genoma humano han demostrado que la población humana efectiva ya era baja antes de Toba, lo que sugiere que no fue necesario un cuello de botella de Toba. Las posibles explicaciones para el reducido tamaño de la población de los ancestros humanos podrían incluir cuellos de botella poblacionales repetidos o eventos de reemplazo periódicos de subespecies de Homo competidoras (Huff y otros, 2010).

El rastro genético/la investigación genética de los humanos modernos, tal como se expuso anteriormente, coincide plenamente con los hallazgos arqueológicos del profesor Curtis Marean en Mossel Bay, Sudáfrica. Véase: «Cuando el mar salvó a la humanidad», profesor Curtis Marean, Scientific American - agosto de 2010.

Existe un amplio margen para una mayor interacción entre antropólogos y genetistas de poblaciones.

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