Łut szczęścia ocalił ludzkość podczas potężnej erupcji wulkanu

Około 74 tys. lat temu doszło do największej erupcji w ciągu 2 mln lat. Wulkan na Sumatrze wyrzucił 5 tys. kilometrów sześciennych magmy. Tak zwana erupcja Toba nastąpiła w krytycznym momencie ewolucji ludzi, kiedy pierwsi Homo sapiens rozpoczynali dopiero ekspansję poza Afrykę.

Siarka wyrzucana do atmosfery przez erupcje wulkaniczne może czasowo schładzać klimat. Naukowcy mogli to obserwować m.in. podczas erupcji Mount Pinatubo z 1991 r., która na kilka lat obniżyła temperatury o około 0,5 st. Celsjusza.

Jeśli idzie o erupcję Toba, to niektórzy badacze stawiali hipotezy mówiące, że spadek temperatury był tak znaczący, że przetrzebił naszych przodków, pozostawiając przy życiu zaledwie około 10 tys. Homo sapiens.

Te hipotezy budzą jednak potężne kontrowersje, a niedawne archeologiczne odkrycia z południowej Afryki sugerują, że ludzkość doskonale poradziła sobie z konsekwencjami wybuchu. Ślady zachowane w osadach na dnach afrykańskich jezior wskazują nawet, że pomimo skali erupcji, konsekwencje klimatyczne wybuchu Toba były zaskakująco małe.

Żeby lepiej zrozumieć to, jaki rzeczywisty wpływ na klimat mogła mieć ta erupcja Toba, w niedawnym badaniu naukowcy przeprowadzili serię komputerowych symulacji tego, jak w jej konsekwencji mogły zmieniać się temperatury i opady na całym świecie.

Potężne erupcje wulkanów mogą wprowadzać do atmosfery duże ilości dwutlenku siarki. Gaz ten trafia do stratosfery, kilkadziesiąt kilometrów nad powierzchnię Ziemi, gdzie przekształca się w maleńkie, odbijające światło kropelki znane jako aerozole siarczanowe. Kropelki pozostają w atmosferze przez rok czy dwa. Działają jak biliony zawieszonych w powietrzu luster, odbijających część promieniowania słonecznego w kosmos, co prowadzi do schłodzenia Ziemi. Zmiany temperatury z kolei mogą prowadzić do zmian w opadach. Po erupcji Mount Pinatubo, dzięki satelitom, naukowcy mogli śledzić rozchodzenie się aerozoli siarczanowych, a następnie zanikanie. Te pomiary dają szansę na zmierzenie tego, ile związków siarki trafia w górne partie atmosfery po każdym wybuchu wulkanu.

W przypadku pradawnych erupcji takich, jak Toba, obraz jest mniej klarowny. To, ile siarki wyrzucanej było podczas każdego takiego wybuchu bardzo trudno oszacować.

Jednym z możliwych wytłumaczeń tego, dlaczego efekty klimatyczne Toby wydają się być ograniczone jest to, że erupcja, która wyrzucając ogromne ilości magmy, jednocześnie wyemitowała do atmosfery niewiele siarki. Z perspektywy klimatu byłoby to wiele hałasu o nic.

W badaniu, którego wyniki opublikowano w magazynie PNAS, naukowcy uwzględnili hipotezy dotyczące niewielkich ilości siarki, ale także proporcjonalnie dużych do wybuchu ilości. W każdym wypadku starali się też sprawdzić, w jakim dokładnie obszarze erupcja wpłynęła na klimat Ziemi. I w tym miejscu właśnie znajdują się najciekawsze wnioski. Okazuje się bowiem, że efekty klimatyczne erupcji wulkanicznych mogą istotnie różnić się w różnych regionach globu.

Zależą od tego, gdzie następuje erupcja oraz na jaką wysokość zostaje wyrzucona siarka. Wpływ ma także pora roku. W przypadku Toby lokalizacja jest znana. Erupcja pozostawiła po sobie stukilometrowej długości jezioro w Indonezji. Naukowcy mają też dość dobre szacunki tego, jaką wysokość osiągnęły wyrzucone przez nią gazy i pyły. Niepewne pozostaje to, jak wiele siarki zostało uwolnionej, a także to, w jakiej porze roku i warunkach klimatycznych doszło do kataklizmu.

Naukowcy przeprowadzili dziesiątki symulacji komputerowych, w których zmieniali nieznane parametry i różnicowali symulacje ze względu na ilość uwolnionej siarki. Tworzyli także scenariusze najbardziej katastroficzne. Dzięki temu przekonali się, że nawet w takiej sytuacji niektóre regiony po erupcji Toba mogły uniknąć gwałtownego ochłodzenia. Odkryli, że nawet przy najwyższej możliwej emisji siarki, wybuch miałby stosunkowo łagodny wpływ na klimat Afryki. 

Z symulacji wynika, że na północnej półkuli mogło dojść do ochłodzenia o co najmniej 4 st., a miejscami nawet o 10 st. Celsjusza, zależnie od wielkości emisji siarki. Efekt byłby najsilniej odczuwalny na rok lub dwa po erupcji. Jednak na południowej półkuli, w tym w regionach Afryki zamieszkiwanych przez wczesnych ludzi, nawet przy maksymalnych emisjach siarki ochłodzenie najprawdopodobniej nie przekroczyłoby 4 st. Erupcja Toba nie była więc raczej kataklizmem, który doprowadziłby nasz gatunek na krawędź wymarcia.

Nasi bliscy krewniacy, tacy jak Neandertalczycy i Denisowianie w Europie i Azji mogli mieć mniej szczęścia. Z symulacji wynika, że padli najprawdopodobniej ofiarą wyjątkowo gwałtownego ochłodzenia.

Studiowanie erupcji wulkanów z przeszłości pozwoli kiedyś ograniczać wpływ przyszłych dużych erupcji. Wybuchy wulkanów o skali dorównującej erupcji Toba są niezwykle rzadkie - zdarzają się średnio rzadziej, niż raz na milion lat. Choć są tak rzadkie, zrozumienie ich klimatycznych konsekwencji jest kluczem do zrozumienia zagrożeń płynących nawet z erupcji na znacznie mniejszą skalę. Bo nawet o wiele mniejsze od Toby wulkaniczne wybuchy mogą potencjalnie dramatycznie wpłynąć na ludzkość.