ทะเลสาบโตบา

ธรณีวิทยา

หน่วยแอ่งยุบปากปล่องซับซ้อนแห่งโตบาในสุมาตราตอนเหนือ ประกอบด้วยปล่องภูเขาไฟสี่ปล่องที่ซ้อนทับกันและอยู่ติดกับแนวภูเขาไฟสุมาตรา แอ่งยุบปากปล่องแห่งที่สี่ที่มีอายุน้อยที่สุดเป็นแอ่งยุบในยุคควอเทอร์นารีที่ใหญ่ที่สุดในโลก และตัดกับแอ่งยุบอีกสามแห่งที่มีอายุมากกว่า เมื่อครั้งเกิดการปะทุของภูเขาไฟครั้งใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา แอ่งยุบนี้ได้พ่นตะกอนออกมาประมาณ 2,800 ลูกบาศก์กิโลเมตร ตะกอนเหล่านี้รู้จักในชื่อว่าหินเถ้าที่อายุน้อยที่สุดของโตบา หลังการปะทุครั้งนั้น โดมก่อตัวขึ้นภายในแอ่งยุบใหม่จากการรวมกันของโดมสองส่วนที่ถูกแบ่งครึ่งโดยกราเบน (graben) แนวยาว
ในทะเลสาบมีกรวยภูเขาไฟสี่ลูก กรวยภูเขาไฟสลับชั้นสามลูก และปล่องภูเขาไฟสามปล่องที่มองเห็นได้ กรวยตันดุกเบอนูวาบนขอบของแอ่งยุบด้านตะวันตกเฉียงเหนือมีพืชพรรณขึ้นอยู่ค่อนข้างน้อย บ่งบอกมีอายุน้อยเพียงหลายร้อยปี ขณะที่ภูเขาไฟปูซูบูกิตบนขอบด้านทิศใต้ยังคงมีพลังแบบพุแก๊ส

การปะทุ

การปะทุโตบา เกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่เป็นทะเลสาบโตบาในปัจจุบันเมื่อประมาณ 67,500-75,500 ปีก่อน เป็นการปะทุครั้งหลังสุดของอนุกรมการปะทุของภูเขาไฟที่ก่อให้เกิดแอ่งยุบปากปล่องอย่างน้อยสามแห่ง โดยมีกลุ่มแอ่งยุบที่มีอายุประมาณ 700,000-840,000 ปีเกิดขึ้นก่อนแล้ว การปะทุครั้งสุดท้ายถูกจัดอยู่ที่ระดับ 8 ของดัชนีการระเบิดของภูเขาไฟ จึงอาจเป็นการปะทุของภูเขาไฟครั้งใหญ่ที่สุดในระยะเวลา 25 ล้านปีที่ผ่านมา
บิล โรส และเครก เชสเนอร์ จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมิชิแกน ได้อนุมานว่า สสารที่ปะทุออกมามีปริมาตรทั้งหมดประมาณ 2,800 ลูกบาศก์กิโลเมตร โดยเป็นหินอิกนิมไบรต์ที่หลากไปตามพื้นดินประมาณ 2,000 ลูกบาศก์กิโลเมตร และเป็นเถ้าธุลีประมาณ 800 กิโลเมตร ซึ่งส่วนใหญ่ถูกลมพัดไปทางทิศตะวันตก ตะกอนภูเขาไฟหลากจากการปะทุได้ทำลายพื้นที่ 20,000 ตารางกิโลเมตร โดยมีเถ้าธุลีทับถมหนา 600 เมตร
การปะทุครั้งนั้นรุนแรงเพียงพอที่จะทำให้เถ้าธุลีทับถมปกคลุมทั่วทั้งภูมิภาคเอเชียใต้หนา 15 เซนติเมตร โดยปัจจุบันนี้พื้นที่ตอนกลางของอินเดียมีเถ้าธุลีจากโตบาทับถมหนา 6 เมตร และพื้นที่บางส่วนของมาเลเซียถูกปกคลุมหนา 9 เมตร นอกจากนี้ยังมีการอนุมานว่า มีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวน 6,000 ล้านตัน ถูกปล่อยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศอีกด้วย
เหตุถล่มหลังการปะทุก่อให้เกิดแอ่งยุบปากปล่องที่ภายหลังได้มีน้ำไหลเข้ามาเติมเต็มจนกลายเป็นทะเลสาบโตบา ขณะที่เกาะกลางทะเลสาบก่อตัวขึ้นจากโดมผุดใหม่ (resurgent dome)
แม้ว่าจะไม่สามารถระบุปีที่เกิดการปะทุได้อย่างแน่นอน แต่สามารถบ่งชี้ได้ว่าเกิดขึ้นในฤดูร้อนของซีกโลกเหนือ เนื่องจากมีเพียงลมมรสุมฤดูร้อนเท่านั้นที่สามารถพัดพาเถ้าธุลีจากโตบาไปทับถมในทะเลจีนใต้ได้ การปะทุอาจดำเนินอยู่สองสัปดาห์ แต่ "ฤดูหนาวจากภูเขาไฟ" (volcanic winter) ที่เกิดขึ้นตามมา ทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกลดลง 3-3.5 องศาเซลเซียส อยู่หลายปี แกนน้ำแข็งจากกรีนแลนด์แสดงให้เห็นการลดระดับอย่างเป็นจังหวะของการขับสารอินทรีย์ ขณะที่ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้มีพืชและสัตว์เพียงเล็กน้อยที่มีชีวิตรอด และเป็นไปได้ว่าการปะทุทำให้เกิดการเสียชีวิตหมู่ทั่วโลก
จากหลักฐานที่ในดีเอ็นเอไมโทคอนเดรีย บ่งบอกว่า ชนิดพันธุ์ของมนุษย์อาจประสบกับภาวะคอขวดทางพันธุกรรมในช่วงเวลาดังกล่าว ซึ่งทำให้ความหลากหลายทางพันธุกรรมลดลงต่ำกว่าที่เคยคาดการณ์ไว้จากความเก่าแก่ของชนิดพันธุ์ ตามทฤษฎีมหันตภัยโตบาที่เสนอโดยสแตนลีย์ เอช อัมโบรส จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา-แชมเปญจน์ เมื่อ พ.ศ. 2541 การปะทุครั้งนั้นอาจลดจำนวนประชากรมนุษย์ลงเหลือเพียงไม่กี่หมื่นคน อย่างไรก็ตาม สมมุติฐานนี้ไม่เป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายเนื่องจากขาดหลักฐานการเสียชีวิตหมู่หรือสูญพันธุ์ของสัตว์ชนิดอื่น แม้แต่ชนิดพันธุ์ที่อ่อนไหวต่อสภาพแวดล้อม

ความเคลื่อนไหวในระยะหลัง

การปะทุที่รุนแรงน้อยกว่าเกิดขึ้นที่โตบาเมื่อนานมาแล้ว กรวยขนาดเล็กของภูเขาไฟปูซูบูกิตก่อตัวขึ้นบนขอบด้านตะวันตกเฉียงใต้ของแอ่งยุบปากปล่องและโดมลาวา การปะทุครั้งล่าสุดอาจเกิดขึ้นที่กรวยตันดุกเบอนูวาบนขอบด้านตะวันตกเฉียงเหนือของแอ่งยุบ เนื่องจากบริเวณดังกล่าวมีพืชพรรณอยู่น้อย ซึ่งอาจเกิดจากการปะทุภายในไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา
บางส่วนของแอ่งยุบปากปล่องเคยยกตัวขึ้นเนื่องจากโพรงหินหนืดถูกเติมด้วยหินหนืดบางส่วน ตัวอย่างคือ เกาะซาโมซีร์และคาบสมุทรอูลูวันที่ยกตัวขึ้นเหนือพื้นผิวทะเลสาบ ตะกอนทะเลสาบบนเกาะซาโมซีร์แสดงให้เห็นว่าเกาะนี้ยกตัวขึ้นอย่างน้อย 450 เมตรตั้งแต่การปะทุครั้งรุนแรง แผ่นดินที่ยกตัวเช่นนี้พบได้ทั่วไปในแอ่งยุบขนาดใหญ่มาก โดยขึ้นอยู่กับแรงดันขึ้นด้านบนของหินหนิดที่ไม่ปะทุ และโตบาอาจเป็นแอ่งยุบที่ผุดขึ้นใหม่ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อไม่นานมานี้ได้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ขึ้นบริเวณภูเขาไฟ โดยเฉพาะเมื่อ พ.ศ. 2530 ที่เกิดขึ้นตามแนวชายฝั่งด้านทิศใต้ของทะเลสาบ โดยจุดศูนย์กลางอยู่ลึกลงไปใต้แผ่นดิน 11 กิโลเมตร และยังมีแผ่นดินไหวครั้งอื่นๆ เกิดขึ้นในบริเวณนี้ใน พ.ศ. 2435, 2459 และ 2463-2465
ทะเลสาบโตบาอยู่ใกล้รอยเลื่อนใหญ่สุมาตราที่ทอดตัวในใจกลางเกาะสุมาตราในแนวรอยแตกสุมาตรา ภูเขาไฟบนเกาะสุมาตราและชวาเป็นส่วนหนึ่งของหมู่เกาะภูเขาไฟซุนดาที่ก่อตัวขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกอินเดีย-ออสเตรเลียเคลื่อนที่ไปทางตะวันออกเฉียงเหนือจนมุดตัวลงข้างใต้แผ่นเปลือกโลกยูเรเชียที่เคลื่อนที่ไปทางตะวันออก เขตมุดตัวในพื้นที่นี้มีความเคลื่อนไหวมาก โดยก้นทะเลใกล้ชายฝั่งด้านทิศตะวันตกของเกาะสุมาตราเกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่หลายครั้งตั้งแต่ พ.ศ. 2538 รวมถึงแผ่นดินไหวในมหาสมุทรอินเดีย พ.ศ. 2547 ขนาดแมกนิจูด 9.1 และแผ่นดินไหวบนเกาะสุมาตรา พ.ศ. 2548 ขนาดแมกนิจูด 8.7  ซึ่งทั้งสองครั้งมีจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ห่างจากทะเลสาบโตบาประมาณ 300 กิโลเมตร
วันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2550 เกิดแผ่นดินไหวแมกนิจูด 8.5 บนเกาะสุมาตรา รู้สึกได้ถึงกรุงจาการ์ตา เมืองหลวงของอินโดนีเซีย ครั้งนี้จุดเหนือศูนย์ไม่ได้อยู่ใกล้เท่าสองครั้งก่อนหน้า แต่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกัน
วันที่ 26 ตุลาคม พ.ศ. 2553 เกิดแผ่นดินไหวแมกนิจูด 7.7  ห่างออกไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ของเกาะปาไกเซลาตันที่อยู่ใกล้เคียงกัน 36 กิโลเมตร และเกิดคลื่นสึนามิความสูง 3 เมตรตามมาทันที
วันที่ 10 มกราคม พ.ศ. 2555 เกิดแผ่นดินไหวแมกนิจูด 7.3 ในพื้นที่

ประชากร

ประชากรส่วนใหญ่ที่อาศัยอยู่รอบทะเลสาบโตบาเป็นชาติพันธุ์บาตัก บ้านแบบบาตักมีชื่อเสียงจากหลังคาที่มีเอกลักษณ์ (ปลายแต่ละด้านโค้งงอขึ้นเหมือนลำเรือ) และการตกแต่งด้วยสีสันด้วยสวยงาม

พรรณพืชและสัตว์

พรรณพืชของทะเลสาบประกอบด้วยแพลงก์ตอนพืช พืชโผล่เหนือน้ำ พืชลอยน้ำและใต้น้ำหลายชนิด ขณะที่รอบทะเลสาบเป็นป่าฝน รวมถึงป่าสนเขาเขตร้อนสุมาตราบนไหล่เขา
สัตว์ประจำถิ่นประกอบด้วยแพลงก์ตอนสัตว์และสัตว์หน้าดินหลายชนิด เนื่องจากทะเลสาบนี้มีสารอาหารน้อย จึงแทบไม่มีพันธุ์ปลาประจำถิ่น ตัวอย่างเช่น ปลาหัวตะกั่ว, Nemacheilus pfeifferae, Homaloptera gymnogaster, ปลาก้างอินเดีย, ปลาช่อน, ปลาดุกด้าน, ปลาตะเพียนขาว, ปลากระแห, ปลาซิวใบไผ่มุก, ปลาร่องไม้ตับ, ปลาตะเพียนน้ำตก, Rasbora jacobsoni, Tor tambra, ปลากัดภาคใต้, Betta taeniata, ปลาไหลนา ขณะที่มีปลาเฉพาะถิ่นเพียงสองชนิด คือ Rasbora tobana (ใกล้เคียงกับการเป็นปลาประจำถิ่น เพราะพบในลำน้ำสาขาที่ไหลลงสู่ทะเลสาบเช่นกัน) และ Neolissochilus thienemanni หรือชื่อในท้องถิ่นคือ ปลาบาตัก ซึ่งกำลังถูกคุกคามเนื่องจากการทำลายป่า ภาวะมลพิษ ระดับน้ำเปลี่ยนแปลง และปลาต่างถิ่นหลายชนิดในทะเลสาบ เช่น ปลาหมอไทย ปลาหมอเทศ ปลานิล ปลาเฉา ปลาไน ปลาแรด ปลาสลิด ปลากระดี่หม้อ ปลาหางนกยูง ปลาสอดหางดาบ