トバ火山の最新噴火

グリーンランド寒冷期20（GS20）は、トバ火山の噴火の頃に始まった北大西洋の千年規模の寒冷期である。[ 28 ^{] GS20の}開始時期は74.0～74.2千年と推定され、イベント全体は約1,500年間続いた。^{[ 28 ] [ 29 ]}これは、大西洋子午面循環（AMOC）の強度の急激な低下によって一般的に説明されるダンスガード・オシュガーイベント20（DO20）の寒冷期部分である。AMOCの弱化は南極海と南極大陸の温暖化を引き起こし、この非同期性は双極シーソーとして知られている。^{[ 30 ] [ 31 ]} GS20寒冷化イベントの開始は、南極同位体最大19（AIM19）温暖化イベントの開始と一致する。^{[ 32 ]} GS20は北大西洋への氷山流出と関連していたため、ハインリッヒ氷期7aとも呼ばれた。^{[ 33 ]}ハインリッヒイベントは、他のDO氷期に比べて、大西洋でより長く、より寒冷で、AMOCが弱い傾向がある。^{[ 30 ]} 74 kyrから58 kyrの間、地球は間氷期海洋同位体ステージ（MIS） 5から氷期MIS 4に移行し、寒冷化と氷河の拡大を経験した。^{[ 34 ] [ 35 ]}この移行は、地球の軌道の変動によって引き起こされる更新世の間氷期-氷期サイクルの一部である。^{[ 36 ]}海水温は0.9 °C（1.6 °F）低下した。^{[ 37 ]}海面は60 m（200 ft）低下した。^{[ 38 ]}北半球の氷床は大幅に拡大し、東ヨーロッパ、北東アジア、北米コルディエラ山脈では最終氷期最盛期の範囲を超えた。^{[ 39 ]}南半球の氷河はMIS 4で最大規模に達した。 ^{[ 40 ]}オーストララシア、アフリカ、ヨーロッパはますます寒冷で乾燥した環境となった。^{[ 41 ] [ 42 ]    [ 43 ]}

トバ火山の噴火は、海流や日射量の変化によって引き起こされたGS20とMIS 4の急速な気候変動を背景に発生したが、^{[ 44 ] [ 28 ]}噴火がこれらの事象を加速させる上で何らかの役割を果たしたかどうかは、はるかに激しい議論の的となっている。100年ごとにサンプリングされた南シナ海の海洋気候記録は、トバ火山灰層の上が1000年間1 ℃（1.8 °F）冷却したことを示しているが、著者らはそれが単にGS20である可能性を認めている。^{[ 45 ]}アラビア海の海洋記録は、トバ火山灰がGS20の開始後に発生したことを確認しているが、記録ではGS20はGS21よりも寒くなく、著者らは噴火がGS20の冷却を強めなかったと結論付けている。^{[ 46 ]}マラウイ湖で6 ～ 9年ごとに実施された環境記録の密なサンプリングでは、トバ火山灰の堆積後、湖の生態系や草地林に冷却による変化は見られなかったが、 ^{[ 24 ] [ 47 ]}冷却による乾燥が高地のアフリカ山地林を枯死させた。^{[ 48 ]}マラウイ湖の研究では、噴火による環境への影響は軽微で、東アフリカでは10年未満に限られていたと結論付けられたが、^{[ 47 ]}これらの研究は、冷却シグナルを弱める堆積物の混合のため疑問視されている。^{[ 49 ]}しかし、エチオピアの中期石器時代の遺跡からの環境記録では、トバ火山灰層と同時に深刻な干ばつが発生し、初期の人類の採集行動が変化したことが示されている。^{[ 23 ]}  

トバ火山の火山灰の記録は氷床コアのサンプルでは確認されていません。しかし、氷層中の4つの硫酸塩イベントは、トバ火山の噴火によるエアロゾルの沈着を表していると考えられています。^{[ 50 ] [ 32 ] [ 51 ]} 73.75～74.16千年前の硫酸塩イベントは、トバ火山の噴火のすべての特徴を備えており、これまでに確認された最大の硫酸塩負荷の1つです。^{[ 51 ]}氷床コアの記録では、硫酸塩の沈着時にはすでにGS20の冷却が始まっていましたが、この硫酸塩イベントの後、110年間の加速冷却期間がありました。著者らはこの加速を、トバ火山の噴火によって弱まったAMOCによるものと解釈しています。^{[ 15 ]}

トバ噴火の気候への影響をモデル化すると、硫黄ガスの質量とエアロゾルの微物理プロセスに依存する。8.5 × 10 ¹⁴  gの硫黄（ 1991 年のピナツボ火山の硫黄の 100 倍）の火山性冬季は、地球平均気温が最大3.5 °C (6.3 °F)低下し、噴火後 5 年で徐々に自然変動の範囲内に戻ります。1,000 年間の寒冷期または氷河期の開始は、このモデルでは支持されていません。^{[ 52 ] [ 53 ]}他の 2 つの排出シナリオでは、  1 × 10 ¹⁴  gおよび1 × 10 ¹⁵  gの硫黄がコミュニティ地球システムモデルによって提供される最先端のシミュレーションを使用して調査されました。最大地球平均冷却は、低排出シナリオで2.3 °C (4.1 °F) 、高排出シナリオで4.1 °C (7.4 °F)でした。高排出シナリオでは降水量が大幅に減少します。負の温度異常は、噴火後、各排出シナリオで 3 年と 6 年以内に1 °C (1.8 °F)未満に戻ります。 ^{[ 54 ]}しかし、これまでのところ、エアロゾルの微物理プロセスを十分な精度でシミュレートできるモデルはなく、過去の噴火からの経験的制約は、硫黄の排出量に関係なく、エアロゾルのサイズが冷却の大きさを大幅に1.5 °C (2.7 °F)未満に減少させる可能性があることを示唆しています。^{[ 55 ]}        

最近の分析では、マルコフ モデルを遺伝物質の完全なセットに適用して、人類の集団の歴史を推測しています。^{[ 80 ] [ 81 ]}アフリカ以外の集団では、研究により、20 kyr から始まり、40～60 kyr 頃に最低点に達した長期的な急激な数の減少が明らかになっています。^{[ 80 ] [ 76 ]}このボトルネックの間、アフリカ以外の集団は 5 ～ 15 倍の減少を経験し、^{[ 82 ]} 50 kyr までに有効集団サイズはわずか 1,000 ～ 3,000 人となり、初期の mtDNA 研究と一致しています。^{[ 76 ] [ 77 ] [ 81 ]}この深刻なアフリカ以外の集団の縮小は、アフリカからの拡散によって引き起こされた創始者効果と一致しています。数千人規模の小集団がアフリカ大陸から近東へ移住したため、人口の急激な減少が非アフリカ人のゲノム多様性に刻み込まれた。^{[ 76 ] [ 82 ] [ 83 ]}遺伝子解析により、非アフリカ人集団における寒冷適応に関連する56の選択的掃去が特定され、そのうち31の選択的掃去は72～97千年の間に発生した。この時期が近い選択事象は「アラビア停滞」と呼ばれ、MIS 4の開始時からの厳しい寒冷乾燥条件によって引き起こされ、トバ超噴火によって悪化した可能性がある。^{[ 84 ]}

アフリカの人口は、やや早く、より穏やかなボトルネックを経験し、より早く回復した。^{[ 81 ] [ 85 ]}ルヒヤ族とマサイ族のサンプルに基づく推定有効人口規模は、約70～80千年前に最低数に達したが、ヨルバ族の有効人口規模は、約50千年前に最低数に達した。 ^{[ 81 ]}ただし、長期的な減少傾向は、200千年前より前にすでに始まっていた。^{[ 86 ]}推定残存有効人口規模は約10,000人で、ボトルネック時の非アフリカ人の推定規模よりも大きい。^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}非アフリカ人の人口とは異なり、アフリカのボトルネックの原因についてはコンセンサスが得られていない。提案されている原因としては、気候の悪化（MIS 5、トバ火山の噴火、GS20、および/またはMIS 4による）^{[ 49 ] [ 83 ] [ 87 ]}、アフリカ集団全体のサブストラクチャの減少、およびアフリカ内での分散による創始者効果などが挙げられる。^{[ 83 ]}

ヒトゲノム全体にわたるAlu配列の以前の遺伝子解析では、120万年前のヒトの実効集団サイズは26,000人未満であったことが示されています。ヒトの祖先の集団サイズが小さかった理由としては、繰り返された集団の激減や、競合するホモ亜種からの周期的な置換イベントなどが考えられます。^{[ 88 ]}ゲノム全体の解析でも同様に、約100万年前のアフリカの集団サイズが非常に小さかったことが示されています。^{[ 77 ] [ 78 ] [ 89 ]}この100万年前のボトルネックは、アフリカ全土に広範囲にわたる乾燥をもたらした中期更新世の気候遷移を特徴づけた、厳しい氷河期MIS 22によって引き起こされたと考えられています。^{[ 89 ] [ 90 ]}

他の研究では、トバ・カルデラ複合体と遺伝的ボトルネックとの関連性に疑問が呈されている。例えば、南インド（アーンドラ・プラデーシュ州）のジュレル渓谷で発見された古代の石器は、トバ噴火による厚い灰層の上下で発見されており、これらの層間で非常に類似していることから、噴火による塵雲がこの地域の住民を絶滅させなかったことが示唆されている。^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}しかし、インドの別の遺跡であるミドル・ソン渓谷（マディヤ・プラデーシュ州）では、人口の大幅な減少の証拠が見られ、ジュレル渓谷の豊富な泉が住民に特別な保護を提供した可能性があると示唆されている。^{[ 94 ]}南インドのジュレル渓谷では、トバ火山灰層の下にある中期旧石器時代の石器がOSL法によって年代測定されている。77 ± 4  kyrであるのに対し、灰層の上にある石器の年代は 55 kyr より古いものではないとされている。この年代の差は、噴火後の堆積物の除去、または 55 kyr での再居住までの地元住民の激減によるものと推測されている。^{[ 95 ]}南インドと北インドからの追加の考古学的証拠も、噴火が地元住民に及ぼした影響の証拠がないことを示唆しており、研究の著者らは「他の研究で動物の大量絶滅や遺伝的ボトルネックが示唆されているのとは対照的に、多くの生命形態が超巨大噴火を生き延びた」と結論付けている。^{[ 96 ]}しかし、一部の研究者は、トバ超巨大火山の後の時期に遺物を年代測定するために使用された技術に疑問を呈している。^{[ 97 ]}トバ大災害は、スクールとカフゼのヒト科動物の消失とも一致する。^{[ 98 ]}花粉分析の証拠は南アジアでの長期にわたる森林破壊を示唆しており、一部の研究者は、トバ噴火が人類に新たな適応戦略を採用することを余儀なくさせ、それによって人類がネアンデルタール人や「他の古代人類種」に取って代わることができた可能性があると示唆している。^{[ 99 ] [ 100 ]}