Imaginez une année en Afrique où l'été n'arrive jamais. Le ciel prend une teinte grise pendant la journée et devient rouge la nuit. Les fleurs ne fleurissent pas. Les arbres meurent en hiver. Les grands mammifères comme l'antilope deviennent minces, affamer et fournir peu de graisse aux prédateurs (carnivores et chasseurs humains) qui en dépendent. Puis, ce même cycle décourageant se répète, année après année. C'est une image de la vie sur terre après l'éruption du super-volcan, Mont Toba en Indonésie, environ 74, il y a 000 ans. Dans un article publié cette semaine dans La nature , les scientifiques montrent que les premiers humains modernes sur la côte de l'Afrique du Sud ont prospéré grâce à cet événement.

Une éruption cent fois plus petite que le mont Toba - celle du mont Tambora, aussi en Indonésie, en 1815 - aurait été responsable d'une année sans été en 1816. L'impact sur la population humaine était désastreux - les mauvaises récoltes en Eurasie et en Amérique du Nord, famine et migrations massives. L'effet du mont Toba, un super-volcan qui éclipse même les éruptions massives de Yellowstone du passé plus profond, aurait eu une beaucoup plus grande, et ressenti plus longtemps, impact sur les gens dans le monde entier.

L'ampleur de la chute de cendres atteste à elle seule de l'ampleur de la catastrophe environnementale. D'énormes quantités d'aérosols injectés haut dans l'atmosphère auraient gravement diminué la lumière du soleil - avec des estimations allant de 25 à 90 pour cent de réduction de la lumière. Dans ces conditions, la mort des plantes est prévisible, et il existe des preuves d'un dessèchement important, les incendies de forêt et le changement des communautés végétales en Afrique de l'Est juste après l'éruption de Toba.

Si le mont Tambora a créé une telle dévastation sur une année complète - et Tambora était un hoquet par rapport à Toba - on peut imaginer une catastrophe mondiale avec l'éruption de Toba, un événement qui dure plusieurs années et pousse la vie au bord de l'extinction.

En Indonésie, la source de la destruction aurait été évidente pour des témoins terrifiés - juste avant leur mort. Cependant, en tant que famille de chasseurs-cueilleurs en Afrique 74, il y a 000 ans, vous n'auriez aucune idée de la raison du changement soudain et dévastateur du temps. La famine s'installe et les très jeunes et moins jeunes meurent. Vos groupes sociaux sont dévastés, et votre société est au bord de l'effondrement.

L'effet de l'éruption du Toba aurait certainement impacté certains écosystèmes plus que d'autres, créant éventuellement des zones - appelées refuges - dans lesquelles certains groupes humains ont fait mieux que d'autres tout au long de l'événement. Le fait que votre groupe ait vécu ou non dans un tel refuge aurait largement dépendu du type de ressources disponibles. Ressources côtières, comme les coquillages, sont très nutritifs et moins sensibles à l'éruption que les plantes et les animaux des zones intérieures.

Quand la colonne de feu, de la fumée et des débris ont explosé le sommet du mont Toba, il a vomi de la pierre, du gaz et de minuscules morceaux microscopiques (cryptotephra) de verre qui, sous un microscope, ont une forme de crochet caractéristique produite lorsque le verre se brise à travers une bulle. pompé dans l'atmosphère, ces fragments invisibles se sont répandus à travers le monde.

Panagiotis (Takis) Karkanas, directeur du laboratoire Malcolm H. Wiener pour les sciences archéologiques, École américaine d'études classiques, Grèce, vu un seul éclat de cette explosion au microscope dans une tranche de sédiment archéologique enrobé de résine.

"C'était une particule d'éclat parmi des millions d'autres particules minérales que j'étudiais. Mais c'était là, et ça ne pouvait pas être autre chose, " dit Karkanas.

L'éclat provenait d'un site archéologique dans un abri sous roche appelé Pinnacle Point 5-6, sur la côte sud de l'Afrique du Sud près de la ville de Mossel Bay. Les sédiments dataient d'environ 74, il y a 000 ans.

"Takis et moi avions discuté du potentiel de trouver les tessons de Toba dans les sédiments de notre site archéologique, et avec son œil d'aigle, il en a trouvé un, " explique Curtis W. Marean, directeur de projet des fouilles de Pinnacle Point. Marean est directeur associé de l'Institute of Human Origins de l'Arizona State University et professeur honoraire au Center for Coastal Palaeoscience de l'Université Nelson Mandela. Afrique du Sud.

Marean a montré l'image de l'éclat à Eugene Smith, volcanologue à l'Université du Nevada à Las Vegas, et Smith a confirmé qu'il s'agissait d'un éclat volcanique.

"L'étude de Pinnacle Point m'a ramené à l'étude des éclats de verre de mon mémoire de maîtrise 40 ans plus tôt, " dit Smith.

Au début de l'étude, l'équipe a fait appel à Christine Lane, scientifique experte en cryptotéphras, qui a formé l'étudiante diplômée Amber Ciravolo aux techniques nécessaires. Racheal Johnsen a ensuite rejoint Ciravalo en tant que responsable de laboratoire et a développé de nouvelles techniques.

De zéro, avec le soutien de la National Science Foundation, ils ont développé le laboratoire Cryptotephra pour la recherche archéologique et géologique, qui est maintenant impliqué dans des projets non seulement en Afrique, mais en Italie, Nevada et Utah.

Enfermé dans cet éclat de verre volcanique se trouve une signature chimique distincte, une empreinte digitale que les scientifiques peuvent utiliser pour retracer l'éruption meurtrière. Dans leur article en La nature , l'équipe décrit la découverte de ces fragments dans deux sites archéologiques de la côte sud-africaine, retracer ces fragments jusqu'à Toba grâce à des empreintes chimiques et documenter une occupation humaine continue tout au long de l'événement volcanique.

"De nombreuses études antérieures ont tenté de tester l'hypothèse selon laquelle Toba a dévasté les populations humaines, " Marean note. "Mais ils ont échoué parce qu'ils ont été incapables de présenter des preuves définitives liant une occupation humaine au moment exact de l'événement."

La plupart des études ont examiné si Toba a causé ou non des changements environnementaux. Ça faisait, mais de telles études manquent des données archéologiques nécessaires pour montrer comment Toba a affecté les humains.

L'équipe de Pinnacle Point a été à l'avant-garde du développement et de l'application de techniques archéologiques très avancées. Ils mesurent tout sur place avec une précision millimétrique avec une "station totale, " un appareil de mesure laser intégré aux ordinateurs de poche pour un enregistrement précis et sans erreur.

Naomi Cleghorn avec l'Université du Texas à Arlington, enregistré les échantillons de Pinnacle Point au fur et à mesure qu'ils étaient retirés.

Cleghorn explique, "Nous avons collecté une longue colonne d'échantillons - en extrayant une petite quantité de sédiments du mur de notre excavation précédente. Chaque fois que nous avons collecté un échantillon, nous avons filmé sa position avec la station totale."

Les emplacements des échantillons de la station totale et des milliers d'autres points représentant des artefacts en pierre, OS, et d'autres vestiges culturels des anciens habitants ont été utilisés pour construire des modèles numériques du site.

"Ces modèles nous en disent long sur la façon dont les gens vivaient sur le site et sur l'évolution de leurs activités au fil du temps, " dit Erich Fisher, chercheur associé à l'Institut des Origines Humaines, qui a construit les modèles 3D photoréalistes détaillés à partir des données. "Ce que nous avons découvert, c'est que pendant et après l'éruption de Toba, les gens vivaient sur le site en permanence, et il n'y avait aucune preuve que cela ait eu un impact sur leur vie quotidienne."

En plus de comprendre comment Toba a affecté les humains dans cette région, l'étude a d'autres implications importantes pour les techniques de datation archéologique. Les dates archéologiques à ces tranches d'âge sont imprécises - une erreur de 10 pour cent (ou des milliers d'années) est typique. Chute de cendres de Toba, cependant, était un événement très rapide qui a été précisément daté. Le temps de dépôt des fragments a probablement duré environ deux semaines - instantané en termes géologiques.

"Nous avons trouvé les fragments sur deux sites, " explique Marean. " L'abri sous roche de Pinnacle Point (où les gens vivaient, mangé, travaillé et dormi) et un site en plein air à environ 10 kilomètres appelé Vleesbaai. Ce dernier site est l'endroit où un groupe de personnes, éventuellement des membres du même groupe que ceux de Pinnacle Point, assis en petit cercle et fabriquait des outils de pierre. Trouver les fragments sur les deux sites nous permet de lier ces deux enregistrements presque au même moment."

Non seulement que, mais l'emplacement du fragment permet aux scientifiques de fournir un test indépendant de l'âge du site estimé par d'autres techniques. Les gens vivaient sur le site Pinnacle Point 5-6 de 90, 000 à 50, il y a 000 ans. Zenobia Jacobs avec l'Université de Wollongong, Australie, utilisé la luminescence stimulée optiquement (OSL) pour dater 90 échantillons et développer un modèle de l'âge de toutes les couches. OSL date la dernière fois que des grains de sable individuels ont été exposés à la lumière.

"Il y a eu un débat sur l'exactitude de la datation OSL, mais le modèle d'âge de Jacobs a daté les couches où nous avons trouvé les fragments de Toba à environ 74, Il y a 000 ans - juste sur l'argent, " dit Marean. Cela soutient très fortement l'approche de pointe de Jacobs en matière de datation OSL, qu'elle a appliqué à des sites à travers l'Afrique australe et le monde.

"La datation OSL est la méthode la plus efficace pour la construction de chronologies pour une grande partie de notre propre histoire. Il est important de tester si l'horloge tourne à la bonne vitesse. Il est donc agréable d'obtenir ce degré de confirmation, " dit Jacobs.

Dans les années 1990, les scientifiques ont commencé à affirmer que cette éruption du mont Toba, le plus puissant des deux derniers millions d'années, causé un hiver volcanique de longue durée qui a peut-être dévasté les écosystèmes du monde et causé des effondrements de population généralisés, peut-être même un événement de quasi-extinction dans notre propre lignée, un soi-disant goulot d'étranglement.

Cette étude montre que le long du littoral riche en nourriture de l'Afrique australe, les gens ont prospéré grâce à cette méga-éruption, peut-être à cause du régime alimentaire particulièrement riche de ce littoral. Désormais, d'autres équipes de recherche peuvent utiliser les méthodes nouvelles et avancées développées dans cette étude et les appliquer à leurs sites ailleurs en Afrique afin que les chercheurs puissent voir s'il s'agit de la seule population qui a survécu à cette période dévastatrice.