Immagina un anno in Africa in cui l'estate non arriva mai. Il cielo assume una tonalità grigia durante il giorno e si illumina di rosso di notte. I fiori non sbocciano. Gli alberi muoiono in inverno. I grandi mammiferi come le antilopi diventano magri, muoiono di fame e forniscono poco grasso ai predatori (carnivori e cacciatori umani) che dipendono da loro. Quindi, questo stesso ciclo sconfortante si ripete, anno dopo anno. Questa è un'immagine della vita sulla terra dopo l'eruzione del super-vulcano, Monte Toba in Indonesia, circa 74, 000 anni fa. In un articolo pubblicato questa settimana in Natura , gli scienziati mostrano che i primi esseri umani moderni sulla costa del Sud Africa hanno prosperato grazie a questo evento.

Un'eruzione cento volte più piccola del monte Toba, quella del monte Tambora, anche in Indonesia, nel 1815 - si pensa che sia stato responsabile di un anno senza estate nel 1816. L'impatto sulla popolazione umana fu disastroso - i fallimenti dei raccolti in Eurasia e Nord America, carestie e migrazioni di massa. L'effetto del Monte Toba, un super-vulcano che fa impallidire persino le massicce eruzioni di Yellowstone del passato più profondo, avrebbe avuto una dimensione molto più grande, e più sentita, impatto sulle persone in tutto il mondo.

L'entità della caduta di cenere da sola attesta l'entità del disastro ambientale. Enormi quantità di aerosol iniettati nell'atmosfera avrebbero ridotto drasticamente la luce solare, con stime che vanno dal 25 al 90 percento di riduzione della luce. In queste condizioni, la morte delle piante è prevedibile, e vi sono prove di una significativa essiccazione, incendi e cambiamenti di comunità vegetali in Africa orientale subito dopo l'eruzione di Toba.

Se il monte Tambora ha creato una tale devastazione in un anno intero - e Tambora è stato un singhiozzo rispetto a Toba - possiamo immaginare una catastrofe mondiale con l'eruzione di Toba, un evento che dura diversi anni e spinge la vita sull'orlo dell'estinzione.

In Indonesia, la fonte della distruzione sarebbe stata evidente ai testimoni terrorizzati, poco prima di morire. Però, come una famiglia di cacciatori-raccoglitori in Africa 74, 000 anni fa, non avresti avuto idea del motivo dell'improvviso e devastante cambiamento del tempo. La carestia inizia e muoiono giovani e vecchi. I tuoi gruppi sociali sono devastati, e la tua società è sull'orlo del collasso.

L'effetto dell'eruzione del Toba avrebbe sicuramente impattato alcuni ecosistemi più di altri, possibilmente creando aree - chiamate refugia - in cui alcuni gruppi umani hanno fatto meglio di altri durante l'evento. Il fatto che il tuo gruppo vivesse o meno in un tale rifugio sarebbe dipeso in gran parte dal tipo di risorse disponibili. risorse costiere, come i crostacei, sono altamente nutritivi e meno suscettibili all'eruzione rispetto alle piante e agli animali delle zone interne.

Quando la colonna di fuoco, fumo e detriti spazzarono via la cima del monte Toba, ha vomitato roccia, gas e minuscoli frammenti microscopici (criptotefra) di vetro che, al microscopio, hanno una caratteristica forma a uncino prodotta quando il vetro si rompe attraverso una bolla. Pompato nell'atmosfera, questi frammenti invisibili sparsi in tutto il mondo.

Panagiotis (Takis) Karkanas, direttore del Malcolm H. Wiener Laboratory for Archaeological Science, Scuola americana di studi classici, Grecia, ha visto un singolo frammento di questa esplosione al microscopio in una fetta di sedimento archeologico racchiusa nella resina.

"Era un frammento di milioni di altre particelle minerali su cui stavo indagando. Ma era lì, e non potrebbe essere nient'altro, "dice Karkanas.

Il frammento proveniva da un sito archeologico in un riparo sotto la roccia chiamato Pinnacle Point 5-6, sulla costa meridionale del Sud Africa vicino alla città di Mossel Bay. I sedimenti datati a circa 74, 000 anni fa.

"Takis e io avevamo discusso del potenziale di trovare i frammenti di Toba nei sedimenti del nostro sito archeologico, e con il suo occhio d'aquila, ne ha trovato uno, " spiega Curtis W. Marean, direttore del progetto degli scavi di Pinnacle Point. Marean è il direttore associato dell'Institute of Human Origins presso l'Arizona State University e professore onorario presso il Center for Coastal Paleoscience della Nelson Mandela University, Sud Africa.

Marean ha mostrato l'immagine del frammento a Eugene Smith, un vulcanologo dell'Università del Nevada a Las Vegas, e Smith confermò che si trattava di un frammento vulcanico.

"Lo studio di Pinnacle Point mi ha riportato allo studio dei frammenti di vetro della mia tesi di laurea 40 anni prima, "dice Smith.

All'inizio dello studio, il team ha portato la scienziata esperta di criptotefra Christine Lane che ha formato la studentessa laureata Amber Ciravolo nelle tecniche necessarie. Racheal Johnsen in seguito si unì a Ciravalo come responsabile di laboratorio e sviluppò nuove tecniche.

Da zero, con il sostegno della National Science Foundation, hanno sviluppato il Laboratorio di Cryptotephra per la ricerca archeologica e geologica, che ora è impegnata in progetti non solo in Africa, ma in Italia Nevada e Utah.

Racchiusa in quel frammento di vetro vulcanico c'è una distinta firma chimica, un'impronta digitale che gli scienziati possono usare per risalire all'eruzione killer. Nella loro carta in Natura , il team descrive il ritrovamento di questi frammenti in due siti archeologici nella costa sudafricana, rintracciare quei frammenti a Toba attraverso impronte chimiche chimiche e documentare una continua occupazione umana durante l'evento vulcanico.

"Molti studi precedenti hanno cercato di verificare l'ipotesi che Toba abbia devastato le popolazioni umane, " Osserva Marean. "Ma hanno fallito perché non sono stati in grado di presentare prove definitive che collegassero un'occupazione umana al momento esatto dell'evento".

La maggior parte degli studi ha esaminato se Toba ha causato o meno un cambiamento ambientale. lo ha fatto, ma tali studi mancano dei dati archeologici necessari per mostrare come Toba abbia influenzato gli esseri umani.

Il team di Pinnacle Point è stato in prima linea nello sviluppo e nell'applicazione di tecniche archeologiche altamente avanzate. Misurano tutto in loco con precisione millimetrica con una "stazione totale, " un dispositivo di misurazione laser integrato nei computer palmari per una registrazione precisa e senza errori.

Naomi Cleghorn con l'Università del Texas ad Arlington, registrato i campioni di Pinnacle Point man mano che venivano rimossi.

Cleghorn spiega, "Abbiamo raccolto una lunga colonna di campioni, scavando una piccola quantità di sedimento dalla parete del nostro scavo precedente. Ogni volta che abbiamo raccolto un campione, abbiamo girato la sua posizione con la stazione totale."

Le posizioni campione della stazione totale e migliaia di altri punti che rappresentano manufatti in pietra, osso, e altri resti culturali degli antichi abitanti sono stati utilizzati per costruire modelli digitali del sito.

"Questi modelli ci dicono molto su come le persone vivevano nel sito e su come le loro attività sono cambiate nel tempo, "dice Erich Fisher, ricercatore associato con l'Istituto delle origini umane, che ha costruito i modelli 3D fotorealistici dettagliati dai dati. "Quello che abbiamo scoperto è che durante e dopo il periodo dell'eruzione di Toba le persone vivevano nel sito continuamente, e non c'erano prove che avesse avuto un impatto sulla loro vita quotidiana".

Oltre a capire come Toba abbia influito sugli esseri umani in questa regione, lo studio ha altre importanti implicazioni per le tecniche di datazione archeologica. Le date archeologiche in queste fasce d'età sono imprecise:è tipico un errore del 10% (o migliaia di anni). Toba caduta di cenere, però, è stato un evento molto veloce che è stato precisamente datato. Il tempo di deposizione dei frammenti è stato probabilmente di circa due settimane di durata, istantaneo in termini geologici.

"Abbiamo trovato i frammenti in due siti, " spiega Marean. "Il rifugio roccioso di Pinnacle Point (dove vivevano le persone, ha mangiato, lavorato e dormito) e un sito all'aperto a circa 10 chilometri di distanza chiamato Vleesbaai. Quest'ultimo sito è dove un gruppo di persone, possibilmente membri dello stesso gruppo di quelli di Pinnacle Point, sedeva in un piccolo cerchio e costruiva strumenti di pietra. Trovare i frammenti in entrambi i siti ci consente di collegare questi due record quasi nello stesso momento."

Non solo quello, ma la posizione del frammento consente agli scienziati di fornire un test indipendente dell'età del sito stimata con altre tecniche. La gente ha vissuto nel sito di Pinnacle Point 5-6 da 90, 000 a 50, 000 anni fa. Zenobia Jacobs con l'Università di Wollongong, Australia, ha utilizzato la luminescenza stimolata otticamente (OSL) per datare 90 campioni e sviluppare un modello dell'età di tutti gli strati. OSL data l'ultima volta che i singoli granelli di sabbia sono stati esposti alla luce.

"C'è stato un certo dibattito sull'accuratezza della datazione OSL, ma il modello dell'età di Jacobs ha datato gli strati in cui abbiamo trovato i frammenti di Toba a circa 74, 000 anni fa - proprio sui soldi, " dice Marean. Questo fornisce un supporto molto forte all'approccio all'avanguardia di Jacobs alla datazione OSL, che ha applicato a siti in tutta l'Africa meridionale e nel mondo.

"La datazione OSL è il metodo cavallo di battaglia per la costruzione di linee temporali per gran parte della nostra storia. È importante verificare se l'orologio scorre al ritmo corretto. Quindi ottenere questo grado di conferma è piacevole, "dice Jacobs.

Negli anni '90, gli scienziati hanno iniziato a sostenere che questa eruzione del Monte Toba, il più potente degli ultimi due milioni di anni, ha causato un inverno vulcanico di lunga durata che potrebbe aver devastato gli ecosistemi del mondo e causato crash demografici diffusi, forse anche un evento vicino all'estinzione nella nostra stessa stirpe, un cosiddetto collo di bottiglia.

Questo studio mostra che lungo la costa ricca di cibo dell'Africa meridionale, le persone hanno prosperato attraverso questa mega-eruzione, forse a causa del regime alimentare straordinariamente ricco di questa costa. Ora altri gruppi di ricerca possono prendere i metodi nuovi e avanzati sviluppati in questo studio e applicarli ai loro siti altrove in Africa, così i ricercatori possono vedere se questa è stata l'unica popolazione che ha superato questi tempi devastanti.