最も新しいトバ山の噴火

最も新しいトバ山の噴火
スマトラ島北部の約 42 km (26 マイル) 上空からの噴火の初期段階の想像図
火山	鳥羽カルデラ群
日付	約74,000年前
位置	スマトラ島、インドネシア 北緯2度41分04秒 東経98度52分32秒 / 北緯2.6845度 東経98.8756度 / 2.6845; 98.8756
ヴェイ	8
インパクト	インド亜大陸を5cm（2.0インチ）の灰で覆った[1]火山の冬は、深刻な人口ボトルネックを引き起こした可能性がある。
死亡者（数	（潜在的に）ほぼ全人類が消滅し、地球上に残るのは3,000～10,000人程度になる
トバ湖は火口湖としてできた湖である。

トバ噴火（トバ超噴火、最年少トバ噴火とも呼ばれる）は、約74,000年前、後期更新世に発生した超巨大 噴火であり^[2]、インドネシアのスマトラ島にある現在のトバ湖の場所で発生した。この噴火は、同地で発生した少なくとも4回のカルデラ形成噴火のうち最後のものであり、それ以前に知られているカルデラは約120万年前に形成された。^[3]この最後の噴火は、火山爆発指数が8と推定され、第四紀で最大の爆発的火山噴火であり、地球史上最大の爆発的噴火の1つである。

噴火の正確な日付は不明だが、火山灰の堆積パターンから北半球の夏に発生したことが示唆される。南シナ海にトバ火山の火山灰を堆積できたのは夏のモンスーンだけである。 ^[4]噴火はおそらく9日から14日間続いた。^[5]最新の2つの高精度アルゴン-アルゴン年代測定では、噴火は73,880±320年前^[6]と73,700±300年前とされている。^[7]噴火の数世紀前には5つの異なるマグマ体が活動した。 ^{[8] [9]}噴火は小規模で限定的な空中降下から始まり、その後すぐに火砕流の主要段階が続いた。^[10]火砕流期は噴出量が少ないのが特徴であるが^[11]、火砕流の上に形成された共火砕流柱は高さ32km（20マイル）に達した。^[12] 硫黄放出に関する岩石学的制約は、1 × 10 ¹³から1 × 10 ¹⁵  g、トバマグマ溜まりに別の硫黄ガスが存在するかどうかによって異なります。^{[13] [14]}推定値の下限は、マグマ中の硫黄の溶解度が低いためです。^[13] 氷床コアの記録によると、硫黄の放出量は1 × 1014^グラム[ 15  ]

ミシガン工科大学のビル・ローズとクレイグ・チェスナーは、この噴火で放出された物質の総量は少なくとも2,800 km ³ (670 cu mi) ^[16]で、そのうち約2,000 km ³ (480 cu mi) が地上に流れ、約800 km ^{3 (190 cu mi) が主に西に灰として降り注いだと推定している。しかし、より多くの}露頭が利用可能になるにつれて、噴火量の最新の推定値は3,800 km ³ (910 cu mi)の高密度岩石換算値(DRE) で、そのうち1,800 km ³ (430 cu mi) が降灰として堆積し、2,000 km ³ (480 cu mi) がイグニンブライトとして堆積したため、この噴火は第四紀で最大のものとなった。^[17]これまでの体積推定値は2,000 km ³ (480 cu mi) ^[5]から6,000 km ³ (1,400 cu mi) の範囲でした。^[18]カルデラ内では、火砕流の最大厚さは600 m (2,000 ft) を超えます。^{[19]流出シートは当初、厚さが約100 m (330 ft) で20,000～30,000 km 2} (7,700～11,600 sq mi)の領域を覆い、インド洋とマラッカ海峡にまで達していた可能性があります。^[10]この噴火による降下物は、インド亜大陸を5cm（2.0インチ）の灰の層で覆い、^[20]アラビア海を1mm（0.039インチ）、^[21]南シナ海を3.5cm（1.4インチ）、^[4]中央インド洋盆地を10cm（3.9インチ）の層で覆いました。^[22]降下灰の水平線は、1cm（0.39インチ）以上の厚さで38,000,000 km ²（15,000,000平方マイル）以上の面積を覆いました。^[17]サハラ以南アフリカでは、この噴火による微細なガラス片が、南アフリカ南岸、^[23]エチオピア北西部の低地、^[24]マラウイ湖、^[25]チャラ湖でも発見されています。^[26]中国南部では、湖光岩マール湖でトバ火山灰が発見されている。^[27]

その後の崩壊によりカルデラが形成され、そこに水が満たされてトバ湖が誕生しました。湖の中央にある島は、再び隆起したドームによって形成されています。

グリーンランド第20安定期（GS20）は、トバ火山の噴火の頃に始まった、北大西洋における千年にわたる寒冷イベントである。[ 28 ^] GS20の開始時期は74.0～74.2千年とされ、イベント全体は約1,500年続いた。^{[28] [29]これは、}ダンスガード・オシュガーイベント20（DO20）の安定期の部分であり、一般的には大西洋南北循環（AMOC）の強さの急激な低下によって説明される。AMOCの弱体化は南極海と南極の温暖化を引き起こし、この非同期性は双極性シーソーとして知られている。^{[30] [31]} GS20の寒冷イベントの開始は、南極同位体マキシマ19（AIM19）温暖化イベントの開始と一致している。^[32] GS20は北大西洋への氷山の流出と関連していたため、ハインリッヒ・スタディアル7aとも呼ばれた。^[33]ハインリッヒ・イベントは、他のDOスタディアルよりも大西洋で長く、寒く、AMOCが弱い傾向がある。^{[30] 74000年から58000}年 の間に、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-氷河期サイクルの一部である。^[36]海水温は0.9℃（1.6℉）低下した。^[37]海面は60m（200フィート）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、北アメリカ山脈の最終氷期極大期の範囲を超えました。^[39]南半球の氷河はMIS 4の間に最大の範囲に達しました。 ^[40]オーストラリア、アフリカ、ヨーロッパはますます寒く乾燥した環境が特徴でした。^{[41] [42] [43]}

トバ火山の噴火は、海流と日射量の変化によって引き起こされたGS20とMIS4の急速な気候遷移を背景に発生したが、^{[44] [28]}噴火がこれらの出来事を加速させる役割を果たしたかどうかについては、はるかに議論が分かれている。100年ごとに採取された南シナ海の海洋気候記録によると、トバ火山灰層の上では1000年間で1 °C (1.8 °F) の寒冷化が見られるが、著者らはそれがGS20によるものかもしれないと認めている。^[45]アラビア海の海洋記録は、トバ火山灰がGS20の発生後に発生したことを確認しているが、記録ではGS20はGS21よりも寒くないことも確認しており、著者らはそこから、噴火がGS20の寒冷化を激化させなかったと結論付けている。^{[46]マラウイ湖で6} ～ 9年ごとに環境記録を密に採取したところ、トバ火山灰の堆積後、湖の生態系や草地の森林に冷却による変化は見られなかったが、 ^{[25] [47]}冷却による乾燥で標高の高い山岳地帯の森林が枯死した。^[48]マラウイ湖の研究では、噴火の環境影響は軽微で、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]堆積物の混合により冷却シグナルが弱まったと考えられるため、これらの研究には疑問が投げかけられている。^{[49]しかし、エチオピアの}中石器時代の遺跡の環境記録によると、トバ火山灰層と同時に深刻な干ばつが発生し、初期の人類の採餌行動が変化したことが示されている。^[24]

氷床コアの記録ではトバ火山灰は確認されていないが、氷層内の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堆積を表している可能性があると提案されている。^{[50] [32] [51]} 73.75～74.16 kyrの硫酸塩イベントは、トバ火山の噴火の特徴をすべて備えており、これまでに確認された硫酸塩負荷量の中で最大のものの一つである。^[51]氷床コアの記録では、硫酸塩堆積の時点ではすでにGS20の冷却が始まっていたが、硫酸塩イベントの後には110年間の加速冷却期間が続き、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と解釈している。^[15]

トバ火山の噴火による気候への影響は、硫黄ガスの量とエアロゾルの微物理過程に左右される。8.5 × 10 ¹⁴  gの硫黄は、 1991年のピナツボ火山の硫黄の100倍であり、火山の冬は最大で3.5 °C（6.3 °F）の地球平均冷却となり、噴火後5年で自然変動の範囲内で徐々に戻ります。1,000年の寒冷期または氷河期の開始はモデルではサポートされていません。^{[52] [53]}他の2つの排出シナリオ、1 × 10 ¹⁴  gおよび1 × 10 ¹⁵  g の硫黄酸化物（SO4）が、コミュニティ地球システムモデルが提供する最先端のシミュレーションを使用して調査されています。最大で地球の平均冷却は、低排出量で 2.3 °C（4.1 °F）、高排出量で 4.1 °C（7.4 °F）です。高排出量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、十分な精度でエアロゾルの微物理プロセスを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、エアロゾルのサイズが硫黄の排出量に関係なく、冷却の程度を 1.5 °C（2.7 °F）未満に大幅に減らす可能性があることを示唆しています。^[55]

トバ大災害説は、噴火が6年から10年にわたる厳しい世界規模の火山冬を引き起こし、1000年にわたる寒冷化に寄与し、人類の遺伝的ボトルネックをもたらしたとしている。^{[56] [57]}しかし、いくつかの物理的証拠は、千年にわたる寒冷化と遺伝的ボトルネックとの関連性に異議を唱えており、この説は反証されたと考える者もいる。^{[58] [48] [59] [60] [61]}

1972年にヒトヘモグロビンの分析で変異がほとんど見つからず、変異頻度の低さを説明するには、ごく最近まで人間の人口は数千人程度だったに違いない。^[62]さらなる遺伝学的研究により、人類の歴史の大部分において、有効人口は1万人程度であったことが確認された。^{[63] [64]その後のヒト}ミトコンドリアDNA配列の違いに関する研究により、有効人口が1,000人から10,000人に急速に増加した時期が、35000年から65000年の間に遡ることが判明した。^{[65] [66] [67]}

1993年、科学ジャーナリストのアン・ギボンズは、人口増加は最終更新世氷河期の寒冷な気候によって抑制され、当時73000年から7500年前のMIS4氷河期の初め頃に起きたトバ火山の巨大噴火によって悪化した可能性があると仮説を立てた。^{[5] [68]}その後の爆発的な人類の拡大は、氷河期の終焉の結果であると信じられていた。^[69]ニューヨーク大学の地質学者マイケル・R・ランピーノとハワイ大学マノア校の火山学者スティーブン・セルフは彼女の理論を支持した。^[70] 1998年、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の人類学者スタンリー・H・アンブローズは、トバ山の噴火によって人類の人口が数千人まで激減し、その後の回復はMIS4の全球氷河期によって抑制され、最終的に約6万年前に気候がより温暖なMIS3に移行し、その間に急速な人類の人口増加が起こったという仮説を立てた。^[56]

少なくとも他の2つのホモ属の系統、ネアンデルターレンシスとデニソワ人は、トバ火山の噴火とそれに続くMIS4氷河期を生き延びており、それらの最新の存在はそれぞれ約4万年前、^[71]と約5万5千年前^[72]とされている。フローレス人^[73] 、ルゾネンシス^[74]、澎湖1 ^[75]を含む他の系統も、噴火を生き延びた可能性がある。最近では、全ゲノム配列解析を用いた人類の人口動態史の再構築^{[76] [77] [78]}や、トバ火山の火山灰層を含む考古学的文化の発見^{[79] [23] [24]}により、人類が噴火とそれに続くGS20氷河期およびMIS4氷河期にどのように対処したかについて、さらなる光が当てられている。

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]}非アフリカ集団では、研究により、20万年前から始まり、4万～6万年前頃に最低点に達した長期的な急激な減少が回復しています。^{[80 ] [ 76]}このボトルネックの間に、非アフリカ集団は5～15倍の減少を経験し、^[82] 5万年前の時点でわずか1,000～3,000人しか残っておらず、これは最も初期のmtDNA研究と一致しています。^{[76] [77] [81]この深刻な非アフリカ集団の縮小は、出アフリカ分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。数千人の小さなグループがアフリカ大陸から近東に移住したため、数の大幅な減少が非アフリカのゲノム多様性に影響を与えました。^{[76] [82] [83]}遺伝子解析により、非アフリカ人の寒冷適応に関連する56の選択的変化が特定され、そのうち31は72～97千年の間に発生した。この時期的に近い選択の出来事はアラビアン・スタンドスティルと名付けられ、MIS4の始まりから続く厳しい寒冷乾燥状態によって引き起こされ、トバ火山の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は70～80千年頃に人口が最少となり、ヨルバ族は50千年頃に最低に達したが、^[81]長期的な減少傾向は200千年以前にすでに始まっていた。^[86]推定残存有効人口規模は約1万人で、ボトルネック時の非アフリカの推定人口規模よりも大きい。^{[76] [77] [78]}非アフリカの人口とは異なり、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には、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]}アフリカの人口全体の基礎構造の縮小、アフリカ内での分散による創始者効果などがある。^[83]

以前のヒトゲノム全体のAlu 配列の遺伝子解析では、120 万年前の有効ヒト人口は 26,000 人未満であったことが示されています。ヒトの祖先の人口が少なかった理由としては、度重なる人口減少や競合するホモ属亜種による定期的な置き換えなどが考えられます。^[88]全ゲノム解析でも同様に、100 万年前のアフリカの人口は非常に少な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、アフリカ全土で広範囲にわたる乾燥を伴っ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投げかけられている。例えば、南インド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の層の上下で発見され、これらの層間で非常に類似していたことから、噴火による塵の雲がこの現地の人々を絶滅させたわけではないことが示唆されている。^{[91] [92] [93]}しかし、インドの別の場所、ミドルソン渓谷では、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独特の保護を提供した可能性が示唆されている。^[94]南インドのジュレル渓谷では、トバ灰層の下にある中期旧石器時代の石器はOSLによって77±4千年前のものと年代測定されているが、灰層の上にある石器の年代は55千年前より古くはないものとされている。この年代のギャップは、噴火後の堆積物が除去されたか、55,000年前に再定住するまで地元住民が激減したことによるものと考えられています。^[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不足していることを示唆しており、研究の著者は「多くの形態の生命が超噴火を生き延びたが、これは動物の重大な絶滅と遺伝的ボトルネックを示唆する他の研究とは対照的である」と結論付けています。 ^[96]しかし、一部の研究者は、トバ超火山の後の期間の遺物の年代測定に使用された技術に疑問を呈しています。^{[97]トバの大災害は}、スクルとカフゼーのホミニンの消滅とも一致しています。^[98]花粉分析による証拠は南アジアで長期にわたる森林伐採を示唆しており、一部の研究者はトバ火山の噴火により人類は新たな適応戦略を採用せざるを得なくなり、ネアンデルタール人や他の「古代人類」に取って代わることができたのではないかと示唆している。^{[99] [100]}

いくつかの証拠は、トバ火山の噴火後に他の動物の個体数が激減したことを示しています。東アフリカのチンパンジー[ ^101] 、ボルネオオランウータン^[102]、インド中央部のマカク^[103] 、チーター、トラ^[104]の個体数は、約7万～5万5千年前に非常に小さな個体数から増加しました。

• 初期の人類の移動 – アフリカから世界中への人類の拡散
• 最も最近の共通祖先 – グループ内のすべての生物の直系の子孫である最も最近の個体
• 後期更新世の絶滅 – 後期更新世における大型哺乳類の絶滅
• 現代人類の最近のアフリカ起源 - 人類の初期移住に関する「アフリカ起源」理論
• 地球上の火山活動のタイムライン
• ウォレス線 – アジアとオーストラリアの動物相を分ける線