يُعد ثوران بركان توبا أكبر حدث بركاني خلال الـ 2.6 مليون سنة الماضية، وقد افترض البعض أنه كاد يقضي على الجنس البشري. فقبل حوالي 74,000 عام، أفرغت كالديرا في ما يعرف الآن بسومطرة آلاف الكيلومترات المكعبة من الصهارة في غضون أسبوعين تقريبًا، وهو ما يعادل ألف مرة ما قذفه بركان بيناتوبو عام 1991. يقول جين هيوم بارك، عالم الجيولوجيا في جامعة يوهانس غوتنبرغ بألمانيا: ‘اعتقد الناس أنه ربما تسبب في تبريد هائل للكوكب، وبالتالي هدد بقاء أسلافنا’.
لكن بارك وزملاءه، في بحثهم عن سجلات تلك الكارثة في الطين المأخوذ من قاع بحيرة بركانية صغيرة على الحدود الكينية التنزانية، اكتشفوا أن آثار ثوران بركان توبا استمرت أقل من سنتين وبلغت حدًا لا يتجاوز نصف درجة مئوية من التبريد.
تحديات التأريخ الجيولوجي
تقذف الانفجارات البركانية ثاني أكسيد الكبريت إلى الستراتوسفير، حيث يتحول إلى ضباب من قطرات صغيرة تعكس ضوء الشمس إلى الفضاء. نظريًا، تطلق الانفجارات الأكبر كميات أكبر من ثاني أكسيد الكبريت، مما يؤدي إلى تبريد أكبر. لكن هذا الاتجاه يتوقف عن العمل عندما يتجاوز الانفجار حجمًا معينًا. يوضح بارك: ‘تستقر الهباء الجوي الكبريتي الأكبر حجمًا بسرعة، لأنها أثقل’. هذا الاستقرار السريع يجعلها أقل فعالية في تشتيت الإشعاع الشمسي الوارد.
تفاوتت تقديرات انبعاثات الكبريت من بركان توبا بشكل واسع لدرجة أن نماذج الحاسوب صورت الثوران كحدث يتراوح بين كارثة تهدد بالانقراض الوشيك وإزعاج طفيف لأسلافنا الأوائل، اعتمادًا على الأرقام المدخلة. لحسم هذا الجدل، حاول العلماء البحث عن أدلة جيولوجية: رماد توبا المحفوظ في قيعان البحار أو البحيرات. لكن هذا أيضًا أثبت صعوبته.
لا تعمل عينات الطين المغمورة تحت الماء عادةً بشكل جيد فيما يتعلق بتأريخ وتحديد الأحداث العنيفة والمفاجئة مثل الانفجارات البركانية. فعندما تستقر الرواسب في قاع البحيرة أو المحيط، تختلط المواد من سنوات مختلفة قليلًا. وحتى لو قمنا بتقطيع العينة اللبية المأخوذة من قاع البحر إلى شرائح رفيعة جدًا وحاولنا تحليل التغيرات المناخية على فترات أصغر، فإن شرائحنا ستعكس التأثير المختلط للإشارات المناخية التي تستمر لسنوات. مع معظم هذه السجلات، يمكننا تتبع كيفية تطور المناخات السابقة عقدًا بعد عقد. لكن الشتاء البركاني، حتى لو كان قاسيًا، لن يدوم سوى سنة إلى ثلاث سنوات.
يقول بارك: ‘من الصعب حقًا العثور على أي أرشيف رسوبي يسجل المناخ الإقليمي بمثل هذه الدقة العالية’. كان البحث عن آثار كارثة توبا في العينات الرسوبية القياسية أشبه بمحاولة توقيت سباق عدو باستخدام تقويم. لكن بعد ذلك، عثر العلماء على بحيرة تحتوي على سجلات رسوبية تعمل أشبه بساعة توقيت دقيقة.
بحيرة تشالا: ساعة توقيت المناخ
بحيرة تشالا هي بحيرة بركانية صغيرة ذات جدران شديدة الانحدار تقع على سفح جبل كليمنجارو، وتتغذى من المياه الجوفية القادمة من المنحدرات المشجرة للجبل. لا يتقلب ماؤها العميق بالكامل أبدًا، مما يجعل القاع محرومًا من الأكسجين وخاليًا من التيارات. وهذا يجعلها مسجلًا مناخيًا عالي الدقة وشبه مثالي، حيث تترسب الرواسب على شكل طبقات سنوية تُعرف بـ الوارفات: أزواج سنوية تتكون من طبقة فاتحة اللون غنية بهياكل السيليكا من الطحالب الدقيقة المسماة الدياتومات، وطبقة داكنة اللون تحتوي على تربة وطين ناعم الحبيبات. يقول بارك: ‘إنها تعمل تمامًا مثل حلقات الأشجار’.
تتكون هذه الأزواج السنوية لأن الماء يظل طبقيًا وساكنًا من أكتوبر إلى أبريل، حيث تتراكم المواد الداكنة. ثم، في الأشهر الباردة والجافة والعاصفة من يونيو إلى سبتمبر، يختلط الماء. يوضح بارك: ‘يبلغ عمق البحيرة 90 مترًا، ولكن خلال الظروف الباردة والجافة، يمكن أن يختلط الماء حتى عمق 50 مترًا تقريبًا’. ويضيف: ‘في هذه الحالة، تصعد العناصر الغذائية القريبة من قاع البحيرة إلى السطح، ثم تستفيد منها الدياتومات’. تتكاثر الدياتومات، التي تتغذى على هذه المواد الصاعدة، ثم تموت وتغوص كطبقة باهتة من السيليكا — طبقة تكون أكثر سمكًا في السنوات الباردة والجافة عندما تستمر فترة الاختلاط لفترة أطول.
رماد غير مرئي وقصص خفية
تم تحديد رماد توبا في بحيرة تشالا من خلال أعمال سابقة. فهو غير مرئي بالعين المجردة، حيث أن جزيئاته قليلة وصغيرة جدًا لتشكل طبقة مرئية. عثر العلماء عليها عن طريق إذابة الطين وعدّ الشظايا الزجاجية المجهرية، وهي بقايا الصهارة المنصهرة التي حوّلها الثوران إلى غبار فائق النعومة وسريع التبريد.
في بحيرة تشالا، ترتفع الشظايا فجأة، ثم تختفي. يقول بارك: ‘كان هناك ارتفاع حاد وذروة حادة، لذلك تمكنا من استبعاد أي تأثير كبير لإعادة الترسيب’. ويضيف: ‘كنا متأكدين تمامًا من أنه كان سقوطًا مباشرًا للرماد’. في فحوصات الأشعة السينية، كانت الطبقة عبارة عن شريحة بسمك 0.3 ملليمتر—أرق من ورقة. ثم عمل فريق بارك على 450 عامًا من الطين المحيط بتلك الشريحة، طبقة تلو الأخرى، جامعًا صور المجهر مع الفحوصات الكيميائية، وقراءات النظائر، وتعداد الدياتومات كل سنتين إلى ثلاث سنوات.
على مدى 260 عامًا قبل سقوط الرماد، وجد الفريق أن البحيرة كانت هادئة على مدار العام، وكان المناخ دافئًا ورطبًا. ثم جاء الرماد، ومحشورًا فيه وفوقه مباشرة، طبقتان خضراوان بسمك بضعة أجزاء من المليمتر. يقول بارك: ‘لم نتمكن من تحديد ماهية تلك الطبقات الخضراء بالضبط، ولكنها على الأقل لم تكن من الطحالب المتحللة جزئيًا، لأننا لم نجد أي بقايا سليمة’. فسر الفريق هذه الطبقات على أنها مواد تفرزها الدياتومات عندما تكون تحت ضغط شديد. يقول بارك: ‘اعتقدنا أن الطبقات الخضراء جاءت من الدياتومات، كاستجابة للضغط بسبب السماء المعتمة، لأنها تحتاج إلى الضوء للنمو’.
أنتج موسم الجفاف التالي بعد الثوران طبقة باهتة بسمك 1.2 مليمتر، مع وفرة من الدياتومات — ازدهار يبدو أنه ناجم عن الاختلاط العميق والمطول بشكل غير عادي الذي قد يسببه سطح بحيرة بارد. كانت الطبقة الداكنة فوقها رقيقة وخافتة، مما يعني أن الأمطار التي تلت ذلك كانت ضعيفة، ربما بسبب برودة المحيط الهندي التي أرسلت رطوبة أقل إلى الداخل.
لكن بحلول العام الثالث، عادت طبقات بحيرة تشالا إلى طبيعتها. يقول بارك: ‘إن الطبقة الفاتحة التي ترسبت بعد عامين تقريبًا من الثوران هي نموذجية جدًا لبحيرة تشالا’. ومن المرجح أن مدة الكارثة التي كان يُعتقد أنها كادت تقضي على البشر الأوائل بلغت حوالي 18 شهرًا إجمالًا.
نصف درجة مئوية: تقدير جديد للتبريد
ولم تكن تلك الأشهر الثمانية عشر سيئة للغاية، على ما يبدو.
لتحديد مدى برودة وجفاف المنطقة، قاس الفريق النسب بين بعض العناصر، وتحديدًا نسب السيليكون إلى الألومنيوم والمنغنيز إلى الحديد. تتبع نسبة السيليكون إلى الألومنيوم حجم ازدهار الدياتومات كل عام، بينما تتبعت نسبة المنغنيز إلى الحديد كمية الأكسجين التي دفعها الاختلاط السنوي إلى الماء.
يشرح بارك أنه لو تبرّد المناخ حول بحيرة تشالا بمقدار 2-3 درجات مئوية، لتوقفت تشالا عن الاحتفاظ بسجلاتها السنوية المنتظمة. سيصل الاختلاط إلى عمق كبير لدرجة أن ازدهار الطحالب سيجرد البحيرة من العناصر الغذائية، مما سيمنع ازدهارها في العام التالي. يقول بارك: ‘عندما تتراكم العناصر الغذائية مرة أخرى، سيكون هناك ازدهار قوي آخر’. في العينة الرسوبية، كان من المفترض أن يؤدي هذا إلى ظهور شرائط سميكة وغير منتظمة بدلًا من الأزواج المنتظمة. وهذا ليس ما تبدو عليه رواسب ما بعد توبا.
لتقدير مقدار تبريد ثوران توبا للمنطقة، قارن فريق بارك التغيرات في نسب العنصرين اللذين قاسوها بتغيرات مماثلة حدثت خلال العصر الجليدي الأخير. يوضح بارك: ‘كان نطاق التغير بعد توبا ما يقرب من ربع تلك العتبة’. ويضيف: ‘هكذا توصلنا إلى تقديرنا الذي يبلغ حوالي 0.5 درجة مئوية’.
تكشف العينة الرسوبية أيضًا عن التاريخ التقويمي لثوران توبا، وهو أمر لم تستطع النماذج السابقة سوى تخمينه. ولأن الطبقات الفاتحة تتشكل بين يونيو وسبتمبر والطبقات الداكنة من أكتوبر إلى أبريل، فإن موقع الرماد داخل الزوج السنوي يمكّن من تحديد توقيت دقيق نسبيًا. يقول بارك: ‘احتوى الرماد البركاني لتوبا ضمن، ولكنه كان قريبًا من نهاية، طبقة داكنة’. وهذا يشير إلى شهري يناير أو فبراير، أي الصيف الجنوبي والشتاء الشمالي. بينما كانت التقديرات السابقة، بناءً على مكان سقوط الرماد عبر آسيا، قد أشارت إلى الموسم المعاكس.
كارثة معتدلة لا تهدد البقاء
وكانت هذه الأخبار نصف سيئة ونصف جيدة للبشر الأوائل الذين عاشوا في إفريقيا.
يقول بارك: ‘تُنقَل الهباء الجوي الكبريتي في الستراتوسفير بشكل أكثر فعالية إلى نصف الكرة الأرضية الذي يشهد الشتاء’. بالنسبة لأسلافنا، هذا يعني أن غطاء الكبريت المتطاير من توبا انجرف شمالًا وتلاشى فوق رؤوسهم مبكرًا قليلًا مما لو حدث الثوران في الصيف الشمالي. من ناحية أخرى، يحتوي نصف الكرة الشمالي على أراضٍ أكثر بكثير، والتي تبرد بشكل أسرع وأكثر من المحيط، لذا فإن ثورانًا في الشتاء الشمالي يجب أن يكون قد برد الكرة الأرضية أكثر قليلًا من نفس الثوران في يوليو. ولكن بشكل عام، وبالمقارنة مع مسار تغير المناخ الأوسع، كان ثوران توبا كارثة معتدلة نوعًا ما.
يؤكد بارك: ‘لقد أدى الثوران بالفعل إلى تبريد وتجفيف المنطقة، لكن ليس إلى درجة تهدد بقاء البشر بشكل كبير’. فعلى مدى النافذة الزمنية البالغة 450 عامًا التي حللها فريقه، كانت شرق إفريقيا الاستوائية بالفعل تنتقل من نظام أكثر دفئًا ورطوبة إلى نظام أكثر برودة وجفافًا، متتبعةً اتجاه تبريد طبيعي مسجل في جليد جرينلاند. على هذه الخلفية، يبدو تأثير توبا ضئيلًا. يقول بارك: ‘تُظهر دراستنا أن حجم التبريد والجفاف بعد توبا كان أصغر بكثير، وضمن النطاق الطبيعي للتغير في الدورات الجليدية-البينية الجليدية الأخيرة. لقد مر البشر بتجارب مماثلة ونجوا منها بالفعل’.
الحد من دراسة بارك هو أن بحيرة تشالا ليست سوى بحيرة واحدة. يوضح بارك: ‘إنها تسجل الإشارات المناخية الإقليمية في شرق إفريقيا، لكنها لا تُظهر التأثير على الكرة الأرضية بأكملها’. ويضيف: ‘يجب أن تكون هناك المزيد من الدراسات التي تستخدم نهجًا مشابهًا، في المزيد من المواقع التي عُثر فيها على رماد توبا’.
يأمل الفريق أيضًا أن تُستخدم نُهُج مماثلة لمعرفة المزيد عن الانفجارات البركانية الضخمة الأخرى مثل لوس تشوكويوس في غواتيمالا وثوران أوروانوي في نيوزيلندا قبل 26,000 عام. يقول بارك: ‘لم تكن هذه الانفجارات بحجم توبا، لكنها كانت لا تزال انفجارات هائلة. سيكون من المثير للاهتمام والمشوق معرفة ما حدث’.
نُشر البحث في مجلة Science Advances, 2o26. DOI: 10.1126/sciadv.adv6851
في الختام، بينما كان ثوران بركان توبا حدثًا جيولوجيًا ضخمًا، تشير الرؤى العلمية الجديدة المستخلصة من سجلات الرواسب الفريدة لبحيرة تشالا إلى أن تأثيره على المناخ وبقاء البشر كان أقل كارثية بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. هذا البحث الرائد لا يعيد تشكيل فهمنا للأزمات البيئية الماضية فحسب، بل يؤكد أيضًا على قوة بيانات المناخ القديم عالية الدقة في تحدي الافتراضات الراسخة.