В пещере был обнаружен вулканический пепел, относящийся к двум извержениям. Первым было извержение Эльбруса, которое совпадает по возрасту с похолоданием Хайнрих 5 около 45 тысяч лет назад. Вторым было извержение Казбека, произошедшее по геологическим меркам синхронно с суперизвержением Флегрейских полей на Апеннинах и извержением вулкана Святая Анна в Южных Карпатах около 40 тыс. лет назад, что по версии Л. В. Головановой и В. Б. Дороничева из АНО «Лаборатория доистории» вызвало наступление «вулканической зимы». Анализ найденных здесь костей (остатков) бизонов позволил установить, что на протяжении среднего и позднего палеолита в окрестностях Мезмайской пещеры жили 4 разных вида бизонов. После второго цикла извержений повысилось содержание вредных веществ в почве и атмосфере, анализы костей показывают, что норма была превышена в несколько раз. Резко ухудшилась экологическая ситуация, пропали животные, в анализах отложений за этот период не присутствует пыльца растений.