Извержение вулкана Тоба, похоже, не способно уничтожить наш вид.

Похоже, что масштабное извержение вулкана Тоба оказало незначительное влияние на климат.

Теперь кальдера, опустевшая во время извержения вулкана Тоба, заполнена озером. Фото : Wikimedia Commons .

Вулкан Тоба стал крупнейшим вулканическим извержением за последние 2,6 миллиона лет, и некоторые предполагают, что оно едва не уничтожило человечество. Около 74 000 лет назад кальдера на территории современной Суматры за две недели извергла тысячи кубических километров магмы, что примерно в тысячу раз больше, чем извержение вулкана Пинатубо в 1991 году. «Люди считали, что это могло вызвать масштабное похолодание планеты и, следовательно, поставить под угрозу выживание наших предков», — говорит Джинхеум Парк, геофизик из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце, Германия.

Пак и его коллеги отправились искать свидетельства этой катастрофы в иле, взятом со дна небольшого кратерного озера на границе Кении и Танзании. Вместо этого они обнаружили, что последствия извержения вулкана Тоба длились менее двух лет и привели, возможно, к похолоданию на полградуса.

Грязные календари

Вулканические извержения выбрасывают диоксид серы в стратосферу, где он превращается в дымку из мельчайших капель, отражающих солнечный свет обратно в космос. Более крупные извержения выбрасывают больше диоксида серы и, в принципе, вызывают большее охлаждение. Но эта тенденция прекращается, когда извержение превышает определенную величину. «Более крупные сульфатные аэрозоли быстро оседают, потому что они тяжелее», — объясняет Пак. Это быстрое оседание делает их менее эффективными в рассеивании поступающего солнечного излучения.

Оценки выбросов серы из Тобы настолько сильно различались, что компьютерные модели показывали, что извержение представлялось событием, близким к угрозе вымирания, или же незначительной неприятностью для наших ранних предков, в зависимости от введенных данных. Чтобы разрешить этот спор, ученые попытались изучить геологические свидетельства: пепел Тобы, сохранившийся в кернах морского дна или озер. Но и это оказалось непростой задачей.

Подводные керны из ила обычно не очень хорошо подходят для датирования и определения масштабов внезапных, сильных событий, таких как извержения вулканов. Когда осадки оседают на дне озера или океана, материалы разных лет несколько перемешиваются. Даже если мы разрежем керн из ила, взятый со дна моря, на очень тонкие пластины и попытаемся определить изменения климата с меньшими интервалами, наши пластины будут отражать смешанное влияние климатических сигналов, сохранявшихся в течение многих лет. С помощью большинства таких записей мы можем отслеживать, как менялся климат в прошлом десятилетие за десятилетием. Вулканическая зима, даже суровая, длится от одного до трех лет.

«Найти какой-либо осадочный архив, который бы так точно отражал региональный климат, действительно сложно», — говорит Пак. Поиск следов катастрофы в Тобе в стандартных кернах осадочных пород был сродни замеру времени спринта по календарю. Но затем ученые обнаружили озеро с осадочными отложениями, которые больше напоминали секундомер.

Озеро секундомера

Озеро Чала — небольшое кратерное озеро с крутыми стенами на склоне горы Килиманджаро, питаемое грунтовыми водами с лесистых склонов горы. Его глубокие воды никогда полностью не обновляются, из-за чего дно лишается кислорода и течений. Это делает его практически идеальным регистратором климата высокого разрешения, в котором осадки откладываются в виде варв: годичных пар слоев, состоящих из светлого слоя, богатого кремнеземными скелетами водорослей, называемых диатомеями, и темного слоя с мелкозернистыми почвами и глинами. «Это работает точно так же, как годичные кольца деревьев», — говорит Пак.

Эти пары слоев образуются потому, что с октября по апрель вода остается слоистой и неподвижной, поскольку накапливаются темные вещества. Затем, в прохладные, сухие и ветреные месяцы с июня по сентябрь, происходит перемешивание. «Глубина озера составляет 90 метров, но в прохладные и сухие условия вода может перемешиваться на глубине около 50 метров», — объясняет Пак. «В этом случае питательные вещества у дна озера поднимаются на поверхность, и диатомовые водоросли могут их использовать». Диатомовые водоросли, питаясь этим поднимающимся материалом, размножаются, отмирают и опускаются на дно в виде светлого слоя кремнезема — слоя, который толще в прохладные, сухие годы, когда сезон перемешивания длится долго.

Невидимый пепел

Пепел от извержения вулкана Тоба в Чале был обнаружен в ходе более ранних исследований. Он невидим невооруженным глазом, его частицы слишком редки и малы, чтобы образовать видимый слой. Ученые обнаружили их, растворив грязь и подсчитав микроскопические осколки стекла — остатки расплавленной магмы, которую извержение распылило на ультрамелкую и быстро остывающую пыль.

В Чале количество осколков резко возрастает, а затем исчезает. «Наблюдается резкое увеличение и резкий пик, поэтому мы смогли исключить любое значительное влияние переотложения», — говорит Парк. «Мы были совершенно уверены, что это результат прямого выпадения пепла». На рентгеновских снимках слой представляет собой тонкую полоску толщиной 0,3 миллиметра — тоньше листа бумаги. Затем команда Парка проработала 450 лет ила, окружающего эту полоску, слой за слоем, комбинируя микроскопические изображения с химическим анализом, изотопными измерениями и подсчетом диатомовых водорослей каждые два-три года.

За 260 лет до выпадения пепла команда обнаружила, что озеро круглый год оставалось спокойным, а климат был теплым и влажным. Затем появился пепел, и внутри него, чуть выше, образовались две зеленые пленки толщиной в несколько сотых миллиметра. «Мы не смогли точно определить, что это были за зеленые слои, но, по крайней мере, это не были не полностью разложившиеся водоросли, потому что мы не нашли никаких целых остатков», — говорит Парк. Команда интерпретировала эти слои как материал, который диатомовые водоросли выделяют при сильном стрессе. «Мы подумали, что зеленые слои образовались из-за диатомовых водорослей в ответ на потускневшее небо, — говорит Парк. — Потому что им нужен свет для роста».

В следующий сухой сезон после извержения образовался бледный слой толщиной 1,2 миллиметра с обилием диатомовых водорослей — цветение, по-видимому, вызванное необычно глубоким и продолжительным перемешиванием, которое происходит на охлажденной поверхности озера. Темный слой над ним тонкий и бледный, что означает, что последующие дожди были слабыми, вероятно, из-за того, что охлажденный Индийский океан доставлял меньше влаги вглубь материка.

Но к третьему году слои Чалы вернулись к нормальному состоянию. «Светлая ламина, образовавшаяся почти через два года после извержения, вполне типична для озера Чала», — говорит Парк. Продолжительность катаклизма, который, как считалось, мог почти полностью истребить древних людей, вероятно, составляла около 18 месяцев.

И эти 18 месяцев, судя по всему, были не такими уж плохими.

Полградуса

Чтобы определить, насколько прохладным и сухим был этот регион, команда измерила соотношения некоторых элементов, в частности, соотношение кремния к алюминию и марганца к железу. Соотношение кремния к алюминию отражало масштабы цветения диатомовых водорослей каждый год, а соотношение марганца к железу отражало количество кислорода, поступающего в воду в результате ежегодного перемешивания.

Если бы климат вокруг Чалы похолодел на 2–3° Цельсия, объясняет Пак, Чала перестала бы вести четкую ежегодную статистику. Перемешивание происходило бы на такой глубине, что цветение водорослей истощило бы озеро питательными веществами, что предотвратило бы цветение в следующем году. «Когда питательные вещества снова накопились бы, произошло бы еще одно сильное цветение», — говорит Пак. В керне осадочных пород это должно было бы привести к образованию толстых, нерегулярных полос вместо регулярных пар. Но после урагана Тоба ил выглядит совсем иначе.

Чтобы оценить, насколько извержение вулкана Тоба охладило регион, команда Пака сравнила изменения в соотношениях двух измеренных элементов с аналогичными изменениями, произошедшими во время последнего ледникового периода. «Амплитуда изменений после извержения Тоба составила почти четверть от этого порогового значения», — объясняет Пак. «Так мы и получили нашу оценку примерно в 0,5 градуса Цельсия».

Анализ осадочного керна также позволяет определить календарную дату извержения вулкана Тоба, что в более ранних моделях было возможно лишь предположить. Поскольку светлые слои образуются в период с июня по сентябрь, а темные — с октября по апрель, положение пепла внутри пары слоев позволяет определить относительно точную дату. «Пепел Тоба находился внутри темного слоя, но все еще близко к его концу», — говорит Пак. Это указывает на январь или февраль, южное лето и северную зиму. Более ранние оценки, основанные на распределении пепла по Азии, предполагали противоположный сезон.

И это было отчасти плохой, отчасти хорошей новостью для первобытных людей, живших в Африке.

Незначительная катастрофа

«Сульфатные аэрозоли в стратосфере более эффективно переносятся в полушарие, где сейчас зима», — говорит Пак. Для наших предков это означало, что сульфатная завеса Тоба сместилась на север и истончилась над их головами немного раньше, чем если бы извержение произошло летом в северном полушарии. С другой стороны, в Северном полушарии гораздо больше суши, которая охлаждается быстрее и дальше, чем океан, поэтому извержение в северную зиму должно было охладить планету немного сильнее, чем такое же извержение в июле. Но в целом, по сравнению с общей траекторией изменения климата, извержение Тоба было довольно незначительной катастрофой.

«Извержение действительно охладило и высушило регион, но не в такой степени, чтобы это представляло серьезную угрозу для выживания людей», — утверждает Парк. За 450-летний период, проанализированный его командой, восточная экваториальная Африка уже переходила от более теплого и влажного режима к более холодному и сухому, следуя естественной тенденции похолодания, зафиксированной во льдах Гренландии. На этом фоне влияние Тоба кажется незначительным. «Наше исследование показывает, что масштабы похолодания и засухи после Тоба были гораздо меньше и находились в пределах естественного диапазона колебаний в последних ледниково-межледниковых циклах», — говорит Парк. «Люди уже пережили это и выжили».

Ограничением исследования Парка является то, что Чала — это лишь одно озеро. «Оно фиксирует региональные климатические сигналы в Восточной Африке, но не показывает их влияние на весь мир», — объясняет Парк. «Необходимо провести больше исследований с использованием аналогичного подхода на большем количестве участков, где встречается пепел Тоба».

Команда также надеется, что аналогичные подходы будут использованы для изучения других крупных вулканических извержений, таких как извержение Лос-Чокойос в Гватемале и извержение Оруануи в Новой Зеландии 26 000 лет назад. «Они были не такими масштабными, как Тоба, но все же представляли собой супер-извержения. Было бы интересно и захватывающе увидеть, что произошло», — говорит Пак.

Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.adv6851

Источник: arstechnica.com