En katastrofal minskning av atmosfäriska ozonnivåer runt tropikerna har sannolikt bidragit till en flaskhals i den mänskliga befolkningen runt 60 till 100, 000 år sedan, ett internationellt forskarlag har föreslagit. Ozonförlusten, utlöst av utbrottet av supervulkanen Toba som ligger i dagens Indonesien, kan lösa ett evolutionärt pussel som forskare har diskuterat i årtionden.

"Toba har länge ansetts vara en orsak till flaskhalsen, men initiala undersökningar av klimatvariablerna temperatur och nederbörd gav inga konkreta bevis för en förödande effekt på mänskligheten, " säger Sergey Osipov vid Max Planck Institute for Chemistry, som arbetade med projektet med KAUSTs Georgiy Stenchikov och kollegor från King Saud University, NASA och Max Planck Institute for Chemistry.

"Vi påpekar att i tropikerna, ytnära ultraviolett (UV) strålning är den drivande evolutionära faktorn. Klimatet blir mer relevant i de mer flyktiga regionerna borta från tropikerna, säger Stenchikov.

Stora vulkanutbrott avger gaser och aska som skapar ett solljusdämpande aerosollager i stratosfären, orsakar avkylning på jordens yta. Denna "vulkaniska vinter" har flera utslagseffekter, som kallare hav, långvariga El Niño-evenemang, missväxt och sjukdomar.

"Ozonskiktet förhindrar att höga nivåer av skadlig UV-strålning når ytan, " säger Osipov. "För att generera ozon från syre i atmosfären, fotoner behövs för att bryta O2-bindningen. När en vulkan släpper ut stora mängder svaveldioxid (SO ₂ ), den resulterande vulkanplymen absorberar UV-strålning men blockerar solljus. Detta begränsar ozonbildning, skapar ett ozonhål och ökar risken för UV-stress."

Teamet undersökte UV-strålningsnivåerna efter Toba-utbrottet med hjälp av klimatmodellen ModelE som utvecklats av NASA GISS (Goddard Institute for Space Studies). De simulerade möjliga efterverkningar av utbrott i olika storlekar. Att köra en sådan modell är beräkningsintensivt, och Osipov är tacksam för användningen av KAUSTs superdator, Shaheen II, och tillhörande expertis.

Deras modell tyder på att Toba SO ₂ molnet utarmade globala ozonnivåer med så mycket som 50 procent. Vidare, de fann att effekterna på ozon är betydande, även under relativt små utbrottsscenarier. De resulterande hälsoriskerna från högre UV-strålning på ytan skulle ha påverkat människors överlevnadsgrad avsevärt.

"UV-stresseffekterna kan likna efterdyningarna av ett kärnvapenkrig, " säger Osipov. "Till exempel, skördar och marin produktivitet skulle minska på grund av UV-steriliseringseffekter. Att gå ut utan UV-skydd skulle orsaka ögonskador och solbränna på mindre än 15 minuter. Över tid, hudcancer och allmänna DNA-skador skulle ha lett till befolkningsminskning."