Manusia Modern Berkembang Melalui Letusan Supervolcano Toba Kuno

Bayangkan selama satu tahun di Afrika musim panas tidak pernah tiba. Langit berwarna abu-abu di siang hari dan bersinar merah di malam hari. Bunga tidak mekar. Pohon mati di musim dingin. Mamalia besar seperti antelop menjadi kurus, kelaparan dan memberikan sedikit lemak kepada predator (karnivora dan pemburu manusia) yang bergantung padanya. Kemudian, siklus mengecewakan yang sama ini berulang, tahun demi tahun. Ini adalah gambaran kehidupan di bumi setelah letusan gunung berapi super, Gunung Toba di Indonesia, sekitar 74.000 tahun yang lalu. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Nature, para ilmuwan menunjukkan bahwa manusia modern awal di pantai Afrika Selatan berkembang pesat melalui peristiwa ini.

Letusan yang seratus kali lebih kecil dari Gunung Toba – letusan Gunung Tambora, juga di Indonesia, pada tahun 1815 – diperkirakan menyebabkan satu tahun tanpa musim panas pada tahun 1816. Dampaknya terhadap populasi manusia sangat mengerikan – gagal panen di Eurasia dan Amerika Utara, kelaparan dan migrasi massal. Efek Gunung Toba, gunung berapi super yang bahkan mengerdilkan letusan besar Yellowstone di masa lalu yang lebih dalam, akan memiliki dampak yang jauh lebih besar dan lebih lama dirasakan pada orang-orang di seluruh dunia.

Skala jatuhnya abu saja membuktikan besarnya bencana lingkungan. Sejumlah besar aerosol yang disuntikkan tinggi ke atmosfer akan sangat mengurangi sinar matahari – dengan perkiraan berkisar antara 25 hingga 90 persen pengurangan cahaya. Dalam kondisi ini, kematian tanaman dapat diprediksi, dan ada bukti kekeringan yang signifikan, kebakaran hutan dan perubahan komunitas tanaman di Afrika Timur tepat setelah letusan Toba.

Bagaimana Manusia Berkembang Melalui Letusan Super-Gunung Api Toba

Gambar 1 : VBB dan PP5-6 dan hubungannya dengan lokasi studi YTT lainnya. a , Lokasi VBB dan PP5-6 relatif terhadap kaldera Toba dan lokasi lain di mana abu YTT telah ditemukan. b , Profil skema dari urutan stratigrafi pada PP5-6 yang menunjukkan perubahan pengendapan utama. c , Tampilan komposit PP5-6 yang menunjukkan interpretasi bagaimana tumpukan sedimen berkembang di depan muka tebing, dan hubungannya dengan area galian ‘bagian panjang’. BBCSR, pasir padat berwarna coklat dan hitam dan roofspal; DBCS, pasir padat berwarna coklat tua; OBS, pasir coklat oranye; RBSR, pasir coklat kemerahan dan roofspal; SGS, pasir abu-abu berkerak; YBS, pasir coklat kekuningan; YBSR, pasir coklat kekuningan dan roofspal. Eugene I. Smith, dkk., Alam, 2018; doi:10.1038/nature25967

Jika Gunung Tambora menciptakan kehancuran seperti itu selama setahun penuh – dan Tambora adalah cegukan dibandingkan dengan Toba – kita dapat membayangkan bencana di seluruh dunia dengan letusan Toba, sebuah peristiwa yang berlangsung beberapa tahun dan mendorong kehidupan ke ambang kepunahan.

Di Indonesia, sumber kehancuran akan terlihat jelas bagi para saksi yang ketakutan – tepat sebelum mereka meninggal. Namun, sebagai keluarga pemburu-pengumpul di Afrika 74.000 tahun yang lalu, Anda tidak akan tahu alasan perubahan cuaca yang tiba-tiba dan menghancurkan. Kelaparan terjadi dan yang sangat muda dan tua mati. Kelompok sosial Anda hancur, dan masyarakat Anda berada di ambang kehancuran.

Efek dari letusan Toba pasti akan berdampak lebih pada beberapa ekosistem daripada yang lain, mungkin menciptakan daerah – yang disebut refugia – di mana beberapa kelompok manusia melakukan lebih baik daripada yang lain selama peristiwa tersebut. Apakah kelompok Anda tinggal di tempat perlindungan seperti itu atau tidak akan sangat bergantung pada jenis sumber daya yang tersedia. Sumber daya pesisir, seperti kerang, sangat bergizi dan kurang rentan terhadap letusan dibandingkan tanaman dan hewan di daerah pedalaman.

Manusia Berkembang Melalui Letusan Super-Gunung Api Toba

Tim peneliti telah menggali gua di Pinnacle Point, Afrika Selatan, selama hampir 20 tahun. Pecahan kaca dari Gunung Toba ditemukan di lokasi PP5-6. Kredit gambar Erich Fisher.

Ketika kolom api, asap dan puing-puing meledak dari puncak Gunung Toba, itu memuntahkan batu, gas, dan potongan mikroskopis kecil (cryptotephra) kaca yang, di bawah mikroskop, memiliki bentuk kait khas yang dihasilkan ketika kaca pecah melintasi gelembung. . Dipompa ke atmosfer, fragmen tak terlihat ini menyebar ke seluruh dunia.

Panagiotis (Takis) Karkanas, direktur Malcolm H. Wiener Laboratory for Archaeological Science, American School of Classical Studies, Yunani, melihat satu pecahan ledakan ini di bawah mikroskop dalam sepotong sedimen arkeologi yang terbungkus resin.

Letusan Gunung Api Super Toba

Gambar 2 : Lokasi isokron YTT di PP5-6. Kiri, model usia PP5-6 saat ini dikembangkan menggunakan OxCal v.4.2 dari usia OSL. Usia OSL individu ditampilkan dengan kesalahan standarnya. Batas-batas yang dimodelkan antara agregat stratigrafi diwakili menggunakan interval kepercayaan 95,4%, sedangkan model umur kontinu diwakili pada interval kepercayaan 68%. Benar, detail pada kontak LBSR–ALBS dan ALBS–SADBS, termasuk distribusi pecahan kaca YTT di seluruh urutan ini untuk semua transek sampel pecahan. Hitungan pecahan dikompilasi dengan menghitung tinggi relatif dari setiap sampel di atas kontak sub-agregat stratigrafi paling bawah di sepanjang setiap garis transek, untuk mengimbangi variasi topografi lateral di seluruh bagian. Isokron YTT diidentifikasi di ALBS Conrad Sand. kyr, seribu tahun; BA, pasir hitam pekat. Eugene I. Smith, dkk., Alam, 2018; doi:10.1038/nature25967

“Itu adalah satu partikel pecahan dari jutaan partikel mineral lain yang saya selidiki. Tapi itu ada di sana, dan tidak bisa apa-apa lagi,” kata Karkanas.

Pecahan itu berasal dari situs arkeologi di tempat perlindungan batu yang disebut Pinnacle Point 5-6, di pantai selatan Afrika Selatan dekat kota Teluk Mossel. Sedimen berumur sekitar 74.000 tahun yang lalu.

“Takis dan saya telah membahas potensi menemukan pecahan Toba di sedimen situs arkeologi kami, dan dengan mata elangnya, dia menemukannya,” jelas Curtis W. Marean, direktur proyek penggalian Pinnacle Point. Marean adalah associate director Institute of Human Origins di Arizona State University dan profesor kehormatan di Center for Coastal Palaeoscience di Nelson Mandela University, Afrika Selatan.

Marean menunjukkan gambar pecahan itu kepada Eugene Smith, seorang ahli vulkanologi dari Universitas Nevada di Las Vegas, dan Smith mengonfirmasi bahwa itu adalah pecahan vulkanik.

“Studi Pinnacle Point membawa saya kembali ke studi pecahan kaca dari tesis master saya 40 tahun sebelumnya,” kata Smith.

Pada awal penelitian, tim membawa ilmuwan ahli kriptotephra Christine Lane yang melatih mahasiswa pascasarjana Amber Ciravolo dalam teknik yang dibutuhkan. Racheal Johnsen kemudian bergabung dengan Ciravalo sebagai manajer lab dan mengembangkan teknik baru.

Dari awal, dengan dukungan National Science Foundation, mereka mengembangkan Cryptotephra Laboratory for Archaeological and Geological Research, yang sekarang terlibat dalam proyek tidak hanya di Afrika, tetapi di Italia, Nevada, dan Utah.

Terbungkus dalam pecahan kaca vulkanik adalah tanda kimia yang berbeda, sidik jari yang dapat digunakan para ilmuwan untuk melacak letusan pembunuh. Dalam makalah mereka di Nature, tim menjelaskan menemukan pecahan ini di dua situs arkeologi di pesisir Afrika Selatan, menelusuri pecahan tersebut ke Toba melalui sidik jari kimia dan mendokumentasikan pendudukan manusia yang berkelanjutan di seluruh peristiwa vulkanik.

“Banyak penelitian sebelumnya telah mencoba menguji hipotesis bahwa Toba menghancurkan populasi manusia,” catat Marean. “Tetapi mereka gagal karena mereka tidak dapat menyajikan bukti definitif yang menghubungkan pendudukan manusia dengan momen yang tepat dari peristiwa tersebut.”

Sebagian besar penelitian telah melihat apakah Toba menyebabkan perubahan lingkungan atau tidak. Memang, tetapi penelitian semacam itu tidak memiliki data arkeologi yang diperlukan untuk menunjukkan bagaimana Toba mempengaruhi manusia.

Tim Pinnacle Point telah menjadi yang terdepan dalam pengembangan dan penerapan teknik arkeologi yang sangat canggih. Mereka mengukur semua yang ada di lokasi hingga akurasi milimetrik dengan “stasiun total”, perangkat pengukur laser yang terintegrasi ke komputer genggam untuk perekaman yang presisi dan bebas kesalahan.

Naomi Cleghorn dari University of Texas di Arlington, mencatat sampel Pinnacle Point saat diambil.

Cleghorn menjelaskan, “Kami mengumpulkan kolom sampel yang panjang – menggali sedikit sedimen dari dinding penggalian kami sebelumnya. Setiap kali kami mengumpulkan sampel, kami memotret posisinya dengan total station.”

Manusia Berkembang Selama Letusan Super-Gunung Api Toba

Gambar 3: Distribusi pecahan, tanggal OSL, dan plot artefak sebagai potongan digital komposit di VBB. a , stratigrafi situs VBB dan artefak yang diplot 3D pada foto stratigrafi yang diperbaiki secara digital. b , Distribusi pecahan pada foto stratigrafi yang diperbaiki secara digital. c , Potongan digital komposit dari endapan bukit pasir VBB yang menunjukkan profil stratigrafi bertumpuk di parit geologi utara-selatan, dan profil stratigrafi timur-barat di penggalian arkeologi terdekat. Sampel penanggalan OSL ditunjukkan dengan titik hitam-putih. Eugene I. Smith, dkk., Alam, 2018; doi:10.1038/nature25967

Lokasi sampel dari total station dan ribuan titik lain yang mewakili artefak batu, tulang, dan sisa-sisa budaya penduduk kuno lainnya digunakan untuk membangun model digital situs tersebut.

“Model-model ini memberi tahu kita banyak tentang bagaimana orang tinggal di situs dan bagaimana aktivitas mereka berubah seiring waktu,” kata Erich Fisher, ilmuwan peneliti asosiasi dengan Institute of Human Origins, yang membangun model 3D fotorealistik terperinci dari data. “Apa yang kami temukan adalah bahwa selama dan setelah letusan Toba, orang-orang terus tinggal di lokasi tersebut, dan tidak ada bukti bahwa hal itu berdampak pada kehidupan sehari-hari mereka.”

Selain memahami bagaimana Toba mempengaruhi manusia di wilayah ini, penelitian ini memiliki implikasi penting lainnya untuk teknik penanggalan arkeologi. Tanggal arkeologis pada rentang usia ini tidak tepat – kesalahan 10 persen (atau 1000 tahun) adalah tipikal. Hujan abu Toba, bagaimanapun, adalah peristiwa yang sangat cepat yang telah ditentukan dengan tepat. Waktu pengendapan pecahan kemungkinan berdurasi sekitar dua minggu – seketika dalam istilah geologis.

“Kami menemukan pecahan di dua lokasi,” jelas Marean. “Tempat perlindungan batu Pinnacle Point (tempat orang tinggal, makan, bekerja dan tidur) dan sebuah situs terbuka sekitar 10 kilometer jauhnya yang disebut Vleesbaai. Situs terakhir ini adalah tempat sekelompok orang, mungkin anggota kelompok yang sama dengan yang ada di Pinnacle Point, duduk dalam lingkaran kecil dan membuat peralatan batu. Menemukan pecahan di kedua situs memungkinkan kami untuk menautkan kedua catatan ini pada saat yang hampir bersamaan.”

Tidak hanya itu, lokasi pecahan memungkinkan para ilmuwan untuk memberikan tes independen tentang usia situs yang diperkirakan dengan teknik lain. Orang-orang tinggal di situs Pinnacle Point 5-6 dari 90.000 hingga 50.000 tahun yang lalu. Zenobia Jacobs dengan University of Wollongong, Australia, menggunakan optically stimulating luminescence (OSL) hingga saat ini 90 sampel dan mengembangkan model usia semua lapisan. Tanggal OSL terakhir kali butiran pasir individu terkena cahaya.

“Ada beberapa perdebatan mengenai keakuratan penanggalan OSL, tetapi model usia Jacobs memberi tanggal pada lapisan di mana kami menemukan pecahan Toba sekitar 74.000 tahun yang lalu – tepat pada uangnya,” kata Marean. Ini memberikan dukungan yang sangat kuat untuk pendekatan mutakhir Jacobs untuk kencan OSL, yang telah dia terapkan ke situs-situs di seluruh Afrika selatan dan dunia.

“Kencan OSL adalah metode pekerja keras untuk membangun garis waktu untuk sebagian besar sejarah kita sendiri. Menguji apakah jam berdetak pada kecepatan yang benar adalah penting. Jadi mendapatkan tingkat konfirmasi ini menyenangkan, ”kata Jacobs.

Pada 1990-an, para ilmuwan mulai berargumen bahwa letusan Gunung Toba ini, yang paling kuat dalam dua juta tahun terakhir, menyebabkan musim dingin vulkanik berumur panjang yang mungkin telah menghancurkan ekosistem dunia dan menyebabkan kehancuran populasi yang meluas, bahkan mungkin hampir -kepunahan di garis keturunan kita sendiri, yang disebut kemacetan.

Studi ini menunjukkan bahwa di sepanjang garis pantai yang kaya akan makanan di Afrika bagian selatan, orang-orang berkembang pesat melalui letusan besar ini, mungkin karena rezim makanan yang kaya secara unik di garis pantai ini. Sekarang tim peneliti lain dapat mengambil metode baru dan canggih yang dikembangkan dalam penelitian ini dan menerapkannya ke situs mereka di tempat lain di Afrika sehingga peneliti dapat melihat apakah ini adalah satu-satunya populasi yang berhasil melewati masa-masa yang menghancurkan ini.