7만 5천년전 인류의 멸종을 위협했던 토바화산

토바화산이라기보다 토바호

토바호는 인도네시아 수마트라섬 북부에 있는 세계 최대의 칼데라호이다. 길이 1,000km, 폭 30km, 최대수심 530m로 면적은 3,000km2에 달한다. 제주도의 2배 크기이다. 화산이라기보다 호수, 아니면 그냥 바다라는 표현이 맞다.

 

 

<사진: 인공위성 랜드셋에서 본 토바호>

 

지질

토바호의 바로 옆을 남서측으로 호수와 평행하게 수마트라단층이 지나는데, 단층은 랜드셋 사진으로도 확인 가능하다. 호수 서쪽에 비슴듬이 일직선으로 달리는 계곡이 수마트라단층이다. 이 지역은 활단층지대이면서 일본 도호쿠나 홋카아도와 마찬가지로 플레이트의 섭입에 기인하는 화산지대이기도 하다. 수마트라단층은 여러개의 변환단층이 평행하게 있고 이들 단층간에 거대한 공간이 있어서 매우 대량의 마그마를 안정적으로 축적할 수 있다. 도바호는 이러한 특수한 구조에 의해 분화간격은 길지만, 일단 분화하면 다른 칼데라화산에 비해 대규모 분화를 일으킨다.

 

토바칼데라의 분화

토바칼데라는 과거 매우 긴 시간 동안 휴지기를 사이에 두고 3번 초거대분화(파국분화)에 의해 형성된 것으로 생각된다. 우선 84만년 전에 칼데라 남동부에서 분화, 이것은 일본 최대의 분화였던 아소산 9만년전의 분화를 넘는 마그마분출량 500km3에 달하는 분화였다. 다음으로 50만년전에 칼데라 북서부에 분화(분출 마그마 60km3). 최신의 분화가 마그마양 2,800km3의 초거대분화였다.

지금부터 74,000년전 토바에서 초거대분화가 일어났다. 이것은 200만년전에 일어난 옐로스톤의 헉클베리리지 터프를 분출한 초거대분화(마그마분출량 2,500km3)과 함께 세계최대급의 분화였다. 대량의 마그마가 분출한 결과 지반이 침하해 토바호를 형성하는 칼데라가 만들어졌다. 그 후 다른 많은 대형칼데라와 마찬가지로 마그마 상승이 있고, 사모시르섬(토바호 내 최대의 섬)이 만들어졌다. 토바호는 세계최대의 칼데라호이다. 현재의 토바호는 앞에서 언급한 3개의 분화에 의해 만들어졌다.

1949년 네덜란드 지구과학자 라인 판 베메렌은 토바호가 화쇄류 퇴적물에 의해 둘러싸인 칼데라라고 보고했다. 훗날 조사에 의해 분화에 의해 화쇄류는 주위 20,000km2를 뒤덮고, 중국 남부지방에 수cm, 인도대륙에 15cm 두께의 화산재층이 보고되고 있다. 또한 해양학자들에 의해 동인도양이나 벵갈만에서 토바 화산재가 검출되었다.

이 분화와 같은 시기에 인간의 DNA가 현저하게 감소하는 보틀넥(bottle neck effect, 유전자 다양성감소)이 보이는 것으로 보아 이 분화에서 당시 인류의 대부분이 사멸했다는 설이 있다(토바 카타스트로프 이론).

 

 

보틀 넥 효과

집단유전학에서 보틀 넥 효과란 생물 집단의 개체수가 격감하므로써 유전적 부동이 촉진되어, 나아가 그 자손이 다시금 번식하므로써 유전자 빈도가 본래와는 다른 균일성이 높은 집단이 되는 것을 말한다. 인류의 규모는 7만 5천년 경에 급감하여 총수 1만인 이하가 되어 유전자의 다양성이 급속하게 잃게 된 흔적이 있다. 그 원인을 그 쯤에 인도네시아 수마트라섬 토바화산의 대분화에서 구하는 의견이 있다. 즉 현재의 전인류는 당시 살아남은 일부 사람들의 자손일 가능성이 크다. 한편 소수의 사람들이 이주하여 현재의 인류의 선조가 되었다는 설도 있다. 예를 들어 아메리카 인디언의 혈액형은 거의 O형인데, 빙하기에 베링해를 건넌 소수의 가족(우연히도 O형이 많았다.) 모두가 아메리카 인디언의 선조가 되었기 때문에 O형의 빈도가 높아졌다고 생각된다.

 

토바 카타스트로피(Toba Catastrophe)이론

지금부터 7만년에서 7만 5천년 전에 인도네시아 수마트라섬 토바화산이 대분화를 일으켜 기후의 한랭화를 초래하고 그후 인류의 진화에 큰 영향을 끼쳤다는 학설. 지질학, 고인류학에서는 화산 분화와 그 후의 기후변동을 지칭하여 토바사변(Toba Event)라고 부른다. 인류 진화에서 보틀넥 효과의 예를 나타내는 학설로써 언급되는 경우가 많다. 이 학설은 1998년 일리노이대학의 스탠리 앰브로스(Stanley H. Ambrose) 교수에 의해 제창되었다.

 

학설의 개요

지금부터 7만-7만 5천년전에 토바화산이 화산폭발지수 8의 대규모 분화를 일으켰다. 이 분화에서 방출된 에너지는 TNT 1기가톤, 1980년 세인트헬렌화산 분화의 약 3,000배 규모에 해당한다. 이 분화의 규모는 과거 10만년 이래 최대였다.

토바 카타스트로피이론에 의하면, 대기중에 뿜어올려진 대량의 화산재가 일광을 차단하고 지구 기온은 평균 5도까지 감소했다고 한다. 극적인 한랭화는 이후 6,000년간 계속되었다고 한다. 그 후에도 기후는 단속적으로 한랭화하게 되어 지구는 최종빙하기(7만년전-1만년전)에 돌입한다. 이 시기까지 생존했던 호모속의 방계의 종(호모 에르가스터, 호모 에렉투스)은 절멸했다. 토바사변후까지 살아남은 호모속은 네안델탈인과 현세인류뿐이다. 현세인류도 토바사변의 기후변동에 의해 총인구가 1만명까지 격감했다고 한다.

 

이 가설의 증거

토바화산분화에 의한 화산재는 동남아시아, 남아시아를 중심으로 두껍게 퇴적되었다. 벵갈만을 넘은 인도, 파키스탄에서는 토바의 7만년 전 화산재가 2m 이상 퇴적되어 있다. 그린랜드의 빙상코아의 산소동위체에서 이 시기 급격한 기후 한랭화가 추정된다. 이것은 북반구에서 기후 한랭화가 발생한 증거로 생각되고 있다.

 

인류 진화에서 토바사변

겨우 살아남은 현세인류도 인구감소에 의한 보틀넥 효과에 의해 그 유전적 다양성을 잃게 되었다. 현재, 인류의 총수는 60억에 달하지만, 유전학적으로 보아 현세인류의 개체수에 비해 유전적 특징이 균질인 것은 토바사변의 보틀넥효과의 영향이라고 한다. 유전자 분석에 의하면, 매우 적은 인구(1,000-10,000쌍)에서 진화했다고 추정된다. 유전자 변화의 평균 속도로부터 추정되는 인구의 극소시기는 토바사변의 시기와 일치한다.

 

옷의 기원

또한 옷의 기원을 토바사변과 관련짓는 연구도 있다.

사람에 기생하는 이는 2개의 종류가 있어서, 주로 모발에 기생하는 종과 의복에 기생하는 종으로 나누어진다. 근래 유전자 연구에서 2개의 아종이 분화한 것은 약 7만년 전이라는 것이 알려졌다.

즉 7만년 전에 사람이 옷을 입기 시작했고, 새로운 기생 환경에 적응하여 새로운 아종이 분화했다고 해석된다. 연구자들은 시기적으로 일치하는 것으로 미루어 토바화산의 분화와 그 후 한랭화한 기후를 살아남기 위해 사람이 의복을 입게 된 것이 아닌가 추정하고 있다.

 

그 후 인류의 이동

최근 헬리코박터 피로리(Helicobacter pylori)균의 유전자 분석에 의하면, 이 유전자의 다양성은 동부 아프리카에서 감소한다고 한다. 유전자 거리를 이용한 분석에 의하면, 헤리코박터 피로리균은 5만 8000년전에 동아프리카에서 세계각지에 넓혀졌다고 해석되었다. 이 결과는 헬리코박터 피로리균이 그 시기부터 현세인류의 체내에 기생했고, 현세인류가 아프리카에서 세계각지에 확산해 갔던 것은 적어도 5만 8000년 이후라는 것을 나타내고 있다.