Een catastrofale daling van de ozonconcentraties in de atmosfeer rond de tropen heeft waarschijnlijk bijgedragen tot een knelpunt in de menselijke bevolking van ongeveer 60 tot 100, 000 jaar geleden, een internationaal onderzoeksteam heeft gesuggereerd. Het ozonverlies, veroorzaakt door de uitbarsting van de Toba-supervulkaan in het huidige Indonesië, zou een evolutionaire puzzel kunnen oplossen waarover wetenschappers al tientallen jaren debatteren.

"Toba is al lang geponeerd als een oorzaak van het knelpunt, maar de eerste onderzoeken naar de klimaatvariabelen van temperatuur en neerslag leverden geen concreet bewijs op van een verwoestend effect op de mensheid, " zegt Sergey Osipov van het Max Planck Instituut voor Chemie, die aan het project werkte met Georgiy Stenchikov van KAUST en collega's van de King Saud University, NASA en het Max Planck Instituut voor Chemie.

“Wij wijzen erop dat, in de tropen, nabij-oppervlakte ultraviolette (UV) straling is de drijvende evolutionaire factor. Klimaat wordt relevanter in de meer vluchtige regio's buiten de tropen, ', zegt Stenchikov.

Grote vulkaanuitbarstingen stoten gassen en as uit die een zonlichtverzwakkende aerosollaag in de stratosfeer creëren, zorgt voor afkoeling aan het aardoppervlak. Deze "vulkanische winter" heeft meerdere domino-effecten, zoals koelere oceanen, langdurige El Niño-evenementen, mislukte oogsten en ziekten.

"De ozonlaag voorkomt dat hoge niveaus van schadelijke UV-straling het oppervlak bereiken, ", zegt Osipov. "Om ozon uit zuurstof in de atmosfeer te genereren, fotonen zijn nodig om de O2-binding te verbreken. Wanneer een vulkaan grote hoeveelheden zwaveldioxide (SO ₂ ), de resulterende vulkanische pluim absorbeert UV-straling maar blokkeert zonlicht. Dit beperkt de vorming van ozon, een ozongat creëren en de kans op UV-stress vergroten."

Het team onderzocht de UV-stralingsniveaus na de Toba-uitbarsting met behulp van het ModelE-klimaatmodel ontwikkeld door NASA GISS (Goddard Institute for Space Studies). Ze simuleerden de mogelijke nawerkingen van uitbarstingen van verschillende groottes. Het uitvoeren van een dergelijk model is rekenintensief, en Osipov is dankbaar voor het gebruik van de supercomputer van KAUST, Shaheen II, en bijbehorende expertise.

Hun model suggereert dat de Toba SO ₂ wolk deed de ozonniveaus wereldwijd met maar liefst 50 procent dalen. Verder, ze ontdekten dat de effecten op ozon aanzienlijk zijn, zelfs onder relatief kleine uitbarstingsscenario's. De daaruit voortvloeiende gezondheidsrisico's door hogere UV-straling aan het oppervlak zouden de overlevingskansen van de mens aanzienlijk hebben beïnvloed.

"De effecten van UV-stress kunnen vergelijkbaar zijn met de nasleep van een nucleaire oorlog, " zegt Osipov. "Bijvoorbeeld, gewasopbrengsten en mariene productiviteit zouden dalen als gevolg van UV-sterilisatie-effecten. Naar buiten gaan zonder UV-bescherming zou binnen 15 minuten oogletsel en zonnebrand veroorzaken. Overuren, huidkanker en algemene DNA-schade zouden hebben geleid tot bevolkingskrimp."