آیا آتشفشان توبا نسل بشر را تا آستانه انقراض برد؟ کشف جدید دانشمندان درباره بزرگ‌ترین فوران تاریخ زمین

فوران ابرآتشفشان توبا (Mount Toba) به عنوان بزرگ‌ترین فوران آتشفشانی در ۲.۶ میلیون سال گذشته شناخته می‌شود و سال‌ها این نظریه مطرح بود که این رویداد عظیم تقریباً باعث انقراض نسل بشر شده است. حدود ۷۴ هزار سال پیش، کاسه آتشفشانی (کالدرای) توبا در جزیره سوماترا، طی حدود دو هفته هزاران کیلومتر مکعب ماگما را به بیرون پرتاب کرد؛ حجمی که تقریباً هزار برابر بیشتر از فوران آتشفشان پیناتوبو در سال ۱۹۹۱ بود. جین‌هوم پارک (Jinheum Park)، زمین‌شناس دانشگاه یوهانس گوتنبرگ در ماینتس آلمان، در این باره می‌گوید: «پژوهشگران تصور می‌کردند این فوران باعث سرمایش شدید کره زمین شده و در نتیجه بقای اجداد ما را به شدت به خطر انداخته است.»

به گزارش خانه مهتاب به نقل از آرس تکنیکا، پارک و همکارانش برای یافتن ردپای این فاجعه اقلیمی به سراغ رسوبات گلیِ کف یک دریاچه دهانه‌ای کوچک در مرز کنیا و تانزانیا رفتند. اما برخلاف انتظارات قبلی، یافته‌های آنان نشان داد که آثار اقلیمی فوران آتشفشان توبا کمتر از دو سال دوام داشته و میزان کاهش دمای زمین تنها حدود نیم درجه سانتی‌گراد بوده است.

چالش‌های بازسازی اقلیم گذشته با رسوبات گلی

فوران‌های بزرگ آتشفشانی حجم عظیمی از دی‌اکسید گوگرد را وارد لایه استراتوسفر می‌کنند. این گاز در آنجا به مه غلیظی از قطرات بسیار ریز تبدیل می‌شود که نور خورشید را به فضای بیرونی بازمی‌تاباند. قاعدتاً فوران‌های بزرگ‌تر، دی‌اکسید گوگرد بیشتری آزاد می‌کنند و باعث سرمایش بیشتر زمین می‌شوند. اما این روند در فوران‌های بسیار فوق‌العاده ادامه پیدا نمی‌کند. پارک توضیح می‌دهد: «آئروسل‌های سولفات بزرگ‌تر به دلیل وزن بیشتر، سریع‌تر ته‌نشین می‌شوند.» این ته‌نشینی سریع باعث می‌شود که توانایی آن‌ها در پراکنده‌کردن تابش خورشید کاهش یابد.

تخمین‌های قبلی از میزان خروج گوگرد در فوران توبا چنان متفاوت بود که مدلسازی‌های کامپیوتر بسته به داده‌های ورودی، نتایجی از یک رویداد در حد انقراض تا یک تغییر اقلیمی بسیار جزیی برای اجداد انسان را نشان می‌دادند. دانشمندان برای پایان دادن به این مناقشه، به سراغ شواهد زمین‌شناسی مانند خاکسترهای توبا در مغزه‌های رسوبی کف دریاها و دریاچه‌ها رفتند. اما این کار نیز با چالش‌های پیچیده‌ای همراه بود.

مغزه‌های گلی زیر آب معمولاً برای تاریخ‌گذاری و بررسی رویدادهای ناگهانی و شدیدی مانند فوران‌های آتشفشانی چندان دقیق نیستند. هنگامی که رسوبات در کف دریاچه یا اقیانوس ته‌نشین می‌شوند، مواد مربوط به سال‌های مختلف تا حدی با یکدیگر مخلوط می‌گردند. حتی اگر مغزه گلی برداشت‌شده را به لایه‌های بسیار نازک برش بزنیم، باز هم این لایه‌ها نشان‌دهنده میانگینی از تغییرات اقلیمی طی چند سال خواهند بود. با بیشتر این رکوردها، تنها می‌توان تغییرات اقلیمی را دهه به دهه دنبال کرد؛ در حالی که یک زمستان آتشفشانی، حتی از نوع شدید آن، بین یک تا سه سال بیشتر طول نمی‌کشد.

پارک می‌گوید: «یافتن بایگانی‌های رسوبی که بتوانند اقلیم منطقه‌ای را با چنین تفکیک زمانی بالایی ثبت کنند، بسیار دشوار است.» جستجوی ردپای فاجعه توبا در مغزه‌های رسوبی استاندارد مانند اندازه‌گیری زمان یک مسابقه دو سرعت با تقویم دیواری بود! اما سپس دانشمندان دریاچه‌ای را یافتند که رکوردهای رسوبی آن دقیقاً مانند یک کرونومتر عمل می‌کرد.

دریاچه‌ای که مانند کرونومتر تاریخ زمین را ثبت کرد

دریاچه چالا (Lake Chala) یک دریاچه دهانه‌ای کوچک با دیواره‌های شیب‌دار در دامنه کوه کیلیمانجارو است که از آب‌های زیرزمینی دامنه‌های جنگلی این کوه تغذیه می‌شود. آب‌های عمیق این دریاچه هرگز به طور کامل زیر و رو نمی‌شوند و همین امر باعث شده کف آن فاقد اکسیژن و عاری از جریان‌های آبی باشد. این ویژگی‌ها، دریاچه چالا را به یک ثبت‌کننده اقلیمی فوق‌العاده با تفکیک‌پذیری بالا تبدیل کرده است. رسوبات در این دریاچه به صورت لایه‌های سالانه (وارو) ته‌نشین می‌شوند: جفت‌لایه‌هایی شامل یک لایه روشن‌رنگ غنی از اسکلت‌های سیلیسی جلبک‌هایی به نام دیاتومه، و یک لایه تیره حاوی خاک‌ها و رس‌های دانه‌ریز. پارک می‌گوید: «این روند دقیقاً مانند حلقه‌های رشد درختان عمل می‌کند.»

دلیل ایجاد این جفت‌لایه‌ها این است که از ماه اکتبر تا آوریل، آب دریاچه لایه‌بندی شده و ساکن می‌ماند و مواد تیره ته‌نشین می‌شوند. سپس در ماه‌های سرد، خشک و پرباد از ژوئن تا سپتامبر، آب دریاچه جابه‌جا و مخلوط می‌گردد. پارک توضیح می‌دهد: «عمق این دریاچه ۹۰ متر است، اما در شرایط سرد و خشک، آب تا عمق ۵۰ متری مخلوط می‌شود. در این حالت، مواد مغذی نزدیک کف دریاچه به سطح می‌آیند و دیاتومه‌ها می‌توانند از آن‌ها تغذیه کنند.» دیاتومه‌ها با تغذیه از این مواد، شکوفا شده، می‌میرند و به صورت لایه‌ای روشن از سیلیس ته‌نشین می‌شوند؛ لایه‌ای که در سال‌های سرد و خشک (به دلیل طولانی‌تر شدن فصل مخلوط شدن آب) ضخیم‌تر است.

کشف خاکسترهای نامرئی آتشفشان توبا

وجود خاکسترهای ابرآتشفشان توبا در دریاچه چالا پیشتر در تحقیقات دیگر شناسایی شده بود. این خاکسترها با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیستند، زیرا ذرات آن‌ها بسیار پراکنده و کوچک‌تر از آن است که لایه‌ای مرئی تشکیل دهند. دانشمندان با حل کردن گل‌ولای و شمارش خرده‌های شیشه‌ای میکروسکوپی (بقایای ماگمای مذابی که در فوران آتشفشان به گرد و غبار بسیار ریز تبدیل و سریعاً سرد شده بودند) موفق به کشف آن‌ها شدند.

در دریاچه چالا، ذرات شیشه‌ای به ناگهان جهش یافته و سپس ناپدید می‌شوند. پارک می‌گوید: «یک افزایش ناگهانی و یک قله تیز وجود دارد، بنابراین توانستیم احتمال جابه‌جایی و رسوب‌گذاری مجدد مواد را رد کنیم. ما کاملاً مطمئن شدیم که این لایه مربوط به بارش مستقیم خاکستر بوده است.» در اسکن‌های پرتو ایکس، این لایه یک بارکه به ضخامت ۰.۳ میلی‌متر است؛ یعنی باریک‌تر از یک برگ کاغذ! تیم پژوهشی پارک سپس ۴۵۰ سال رسوبات گلی اطراف این لایه را لایه به لایه و با ترکیب تصاویر میکروسکوپی، اسکن‌های شیمیایی، سنجش ایزوتوپ‌ها و شمارش دیاتومه‌ها در فواصل دو تا سه ساله بررسی کردند.

برای ۲۶۰ سال پیش از بارش خاکستر، تیم دریافت که دریاچه در تمام طول سال آرام بوده و اقلیم منطقه گرم و مرطوب بوده است. سپس خاکستر ته‌نشین می‌شود و در میان آن و درست بالای آن، دو فیلم سبز رنگ به ضخامت چند صدم میلی‌متر قرار دارد. پارک می‌گوید: «ما نتوانستیم دقیقاً تشخیص دهیم این لایه‌های سبز چه بودند، اما حداقل می‌دانیم از جلبک‌های تجزیه‌نشده نبوده است، زیرا هیچ بقایای سالمی پیدا نکردیم.» تیم این لایه‌ها را موادی تفسیر کرد که دیاتومه‌ها هنگام استرس شدید ترشح می‌کنند. پارک افزود: «ما فکر می‌کنیم لایه‌های سبز پاسخ استرس دیاتومه‌ها به تاریک شدن آسمان بوده است، زیرا آن‌ها برای رشد به نور نیاز دارند.»

فصل خشک بعدی پس از فوران، لایه‌ای روشن به ضخامت ۱.۲ میلی‌متر همراه با دیاتومه‌های فراوان تولید کرد؛ شکوفایی جلبکی که ظاهراً به دلیل مخلوط شدن بسیار عمیق و طولانی‌مدت آب در اثر سرد شدن سطح دریاچه رخ داده بود. لایه تیره‌ای که بالای آن قرار دارد نازک و کم‌رنگ است، به این معنی که بارندگی‌های بعدی ضعیف بوده است؛ احتمالاً به این دلیل که اقیانوس هندِ سردشده، رطوبت کمتری را به درون قاره فرستاده بود.

اما تا سال سوم، لایه‌های دریاچه چالا به حالت عادی بازمی‌گردند. پارک می‌گوید: «لایه روشنی که تقریباً دو سال پس از فوران ته‌نشین شد، کاملاً برای دریاچه چالا معمولی است.» بنابراین، مدت زمان فاجعه‌ای که تصور می‌شد نزدیک بوده انسان‌های اولیه را نابود کند، در مجموع حدود ۱۸ ماه بوده است.

سرمایش نیم درجه‌ای؛ فاجعه‌ای که اقلیم را دگرگون نکرد

برای درک اینکه منطقه چقدر سرد و خشک شده بود، تیم پژوهشی نسبت برخی عناصر، به‌ویژه نسبت سیلیسیم به آلومینیوم و منگنز به آهن را اندازه‌گیری کردند. نسبت سیلیسیم به آلومینیوم میزان شکوفایی دیاتومه‌ها را در هر سال نشان می‌داد، در حالی که نسبت منگنز به آهن میزان اکسیژنی را که طی مخلوط شدن سالانه وارد آب می‌شد، ثبت می‌کرد.

پارک توضیح می‌دهد که اگر اقلیم اطراف چالا ۲ تا ۳ درجه سانتی‌گراد سردتر می‌شد، دریاچه چالا دیگر رکوردهای منظم سالانه خود را حفظ نمی‌کرد. جابه‌جایی آب چنان عمیق می‌شد که شکوفایی جلبک‌ها تمام مواد مغذی دریاچه را خالی می‌کرد و این امر مانع از شکوفایی جلبکی در سال بعد می‌شد. در آن صورت، در مغزه رسوبی به جای جفت‌لایه‌های منظم، نواربندی‌های ضخیم و نامنظمی دیده می‌شد؛ اما گل‌ولای پس از فوران توبا اصلاً چنین شکلی ندارد.

تیم پارک برای تخمین میزان دقیق کاهش دما، تغییرات نسبت‌های عنصری را با تغییرات مشابه در آخرین عصر یخبندان مقایسه کردند. پارک می‌گوید: «دامنه تغییرات پس از فوران توبا نزدیک به یک‌چهارم آن آستانه بود. به این ترتیب ما به تخمین حدود ۰.۵ درجه سانتی‌گراد کاهش دما رسیدیم.»

علاوه بر این، مغزه رسوبی تقویم و زمان وقوع فوران توبا را نیز فاش کرد؛ موضوعی که مدل‌های قبلی تنها درباره آن حدس می‌زدند. از آنجا که لایه‌های روشن بین ژوئن و سپتامبر و لایه‌های تیره از اکتبر تا آوریل تشکیل می‌شوند، موقعیت خاکستر در داخل جفت‌لایه، زمان‌بندی دقیقی ارائه می‌دهد. پارک می‌گوید: «خاکستر توبا در درون یک لایه تیره و نزدیک به انتهای آن قرار داشت.» این امر به ماه‌های ژانویه یا فوریه (تابستان نیمکره جنوبی و زمستان نیمکره شمالی) اشاره دارد. تخمین‌های قبلی بر اساس محل فرود خاکستر در آسیا، فصل متفاوتی را پیشنهاد کرده بودند.

آیا فوران توبا تهدیدی برای بقای انسان اولیه بود؟

پارک می‌گوید: «آئروسل‌های سولفات در استراتوسفر با کارایی بیشتری به نیمکر‌ه‌ای که در حال تجربه زمستان است منتقل می‌شوند.» برای اجداد ما، این بدان معنا بود که چتر سولفاتی توبا به سمت شمال حرکت کرد و اندکی زودتر از حالتی که فوران در تابستان نیمکره شمالی رخ می‌داد، رقیق شد. از سوی دیگر، نیمکره شمالی خشکی‌های بسیار بیشتری دارد که سریع‌تر و شدیدتر از اقیانوس‌ها سرد می‌شوند، بنابراین فوران در زمستان شمالی باید کره زمین را کمی بیشتر از فوران مشابه در ماه ژوئیه سرد کرده باشد. اما در مجموع، در مقایسه با روند کلی تغییرات اقلیمی، فوران توبا یک فاجعه نسبتاً خفیف بوده است.

پارک استدلال می‌کند: «این فوران منطقه را سرد و خشک کرد، اما نه تا آن حد که بقای انسان‌ها را به طور جدی تهدید کند.» در بازه زمانی ۴۵۰ ساله‌ای که تیم او تحلیل کرد، شرق آفریقای استوایی پیشتر در حال حرکت از یک دوره گرم‌تر و مرطوب‌تر به سمت دوره‌ای سردتر و خشک‌تر بود؛ روندی که با تغییرات طبیعی ثبت‌شده در یخ‌های گرینلند همخوانی دارد. در مقایسه با آن پیش‌زمینه، تأثیر توبا بسیار ناچیز به نظر می‌رسد. پارک می‌گوید: «مطالعه ما نشان می‌دهد که میزان سرمایش و خشکی پس از توبا بسیار کوچک‌تر و در محدوده تغییرات طبیعی چرخه‌های یخبندان بوده است. انسان‌ها قبلاً چنین شرایطی را تجربه کرده و از آن جان سالم به در برده بودند.»

البته محدودیت مطالعه پارک این است که دریاچه چالا تنها یک دریاچه است. پارک توضیح می‌دهد: «این دریاچه سیگنال‌های اقلیم منطقه‌ای را در شرق آفریقا ثبت می‌کند، اما تأثیر آن را بر تمام کره زمین نشان نمی‌دهد. باید مطالعات بیشتری با رویکرد مشابه در سایت‌های بیشتری که خاکستر توبا در آن‌ها یافت می‌شود انجام شود.»

این تیم پژوهشی امیدوار است رویکردهای مشابهی برای درک بیشتر درباره سایر فوران‌های عظیم آتشفشانی مانند فوران لوس چوکویوس (Los Chocoyos) در گواتمالا و فوران اوروانویی (Oruanui) در نیوزیلند در ۲۶,۰۰۰ سال پیش به کار گرفته شود. پارک در پایان می‌گوید: «آن‌ها به بزرگی توبا نبودند، اما همچنان ابرفوران محسوب می‌شدند. بررسی اینکه چه اتفاقی افتاده بسیار جذاب و هیجان‌انگیز خواهد بود.»