ที่ตั้งของทะเลสาบโตบาแสดงด้วยจุดสีแดงบนแผนที่

การปะทุโตบา เกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่เป็นทะเลสาบโตบาในปัจจุบันเมื่อประมาณ 67,500-75,500 ปีก่อน[8] เป็นการปะทุครั้งหลังสุดของอนุกรมการปะทุของภูเขาไฟที่ก่อให้เกิดแอ่งยุบปากปล่องอย่างน้อยสามแห่ง โดยมีกลุ่มแอ่งยุบที่มีอายุประมาณ 700,000-840,000 ปีเกิดขึ้นก่อนแล้ว[9] การปะทุครั้งสุดท้ายถูกจัดอยู่ที่ระดับ 8 ของดัชนีการระเบิดของภูเขาไฟ จึงอาจเป็นการปะทุของภูเขาไฟครั้งใหญ่ที่สุดในระยะเวลา 25 ล้านปีที่ผ่านมา

บิล โรส และเครก เชสเนอร์ จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมิชิแกน ได้อนุมานว่า สสารที่ปะทุออกมามีปริมาตรทั้งหมดประมาณ 2,800 ลูกบาศก์กิโลเมตร[10] โดยเป็นหินอิกนิมไบรต์ที่หลากไปตามพื้นดินประมาณ 2,000 ลูกบาศก์กิโลเมตร และเป็นเถ้าธุลีประมาณ 800 กิโลเมตร ซึ่งส่วนใหญ่ถูกลมพัดไปทางทิศตะวันตก ตะกอนภูเขาไฟหลากจากการปะทุได้ทำลายพื้นที่ 20,000 ตารางกิโลเมตร โดยมีเถ้าธุลีทับถมหนา 600 เมตร[10]

การปะทุครั้งนั้นรุนแรงเพียงพอที่จะทำให้เถ้าธุลีทับถมปกคลุมทั่วทั้งภูมิภาคเอเชียใต้หนา 15 เซนติเมตร โดยปัจจุบันนี้พื้นที่ตอนกลางของอินเดียมีเถ้าธุลีจากโตบาทับถมหนา 6 เมตร[11] และพื้นที่บางส่วนของมาเลเซียถูกปกคลุมหนา 9 เมตร[12] นอกจากนี้ยังมีการอนุมานว่า มีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวน 6,000 ล้านตัน[13] ถูกปล่อยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศอีกด้วย

เหตุถล่มหลังการปะทุก่อให้เกิดแอ่งยุบปากปล่องที่ภายหลังได้มีน้ำไหลเข้ามาเติมเต็มจนกลายเป็นทะเลสาบโตบา ขณะที่เกาะกลางทะเลสาบก่อตัวขึ้นจากโดมผุดใหม่ (resurgent dome)

ภาพถ่ายจากดาวเทียมแลนแซต แสดงเกาะสุมาตราที่เป็นที่ตั้งทะเลสาบโตบา

แม้ว่าจะไม่สามารถระบุปีที่เกิดการปะทุได้อย่างแน่นอน แต่สามารถบ่งชี้ได้ว่าเกิดขึ้นในฤดูร้อนของซีกโลกเหนือ[14] 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[15] อย่างไรก็ตาม สมมุติฐานนี้ไม่เป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายเนื่องจากขาดหลักฐานการเสียชีวิตหมู่หรือสูญพันธุ์ของสัตว์ชนิดอื่น แม้แต่ชนิดพันธุ์ที่อ่อนไหวต่อสภาพแวดล้อม[6]

ความเคลื่อนไหวในระยะหลัง

การปะทุที่รุนแรงน้อยกว่าเกิดขึ้นที่โตบาเมื่อนานมาแล้ว กรวยขนาดเล็กของภูเขาไฟปูซูบูกิตก่อตัวขึ้นบนขอบด้านตะวันตกเฉียงใต้ของแอ่งยุบปากปล่องและโดมลาวา การปะทุครั้งล่าสุดอาจเกิดขึ้นที่กรวยตันดุกเบอนูวาบนขอบด้านตะวันตกเฉียงเหนือของแอ่งยุบ เนื่องจากบริเวณดังกล่าวมีพืชพรรณอยู่น้อย ซึ่งอาจเกิดจากการปะทุภายในไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา[16]

บางส่วนของแอ่งยุบปากปล่องเคยยกตัวขึ้นเนื่องจากโพรงหินหนืดถูกเติมด้วยหินหนืดบางส่วน ตัวอย่างคือ เกาะซาโมซีร์และคาบสมุทรอูลูวันที่ยกตัวขึ้นเหนือพื้นผิวทะเลสาบ ตะกอนทะเลสาบบนเกาะซาโมซีร์แสดงให้เห็นว่าเกาะนี้ยกตัวขึ้นอย่างน้อย 450 เมตรตั้งแต่การปะทุครั้งรุนแรง[9] แผ่นดินที่ยกตัวเช่นนี้พบได้ทั่วไปในแอ่งยุบขนาดใหญ่มาก โดยขึ้นอยู่กับแรงดันขึ้นด้านบนของหินหนิดที่ไม่ปะทุ และโตบาอาจเป็นแอ่งยุบที่ผุดขึ้นใหม่ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อไม่นานมานี้ได้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ขึ้นบริเวณภูเขาไฟ โดยเฉพาะเมื่อ พ.ศ. 2530 ที่เกิดขึ้นตามแนวชายฝั่งด้านทิศใต้ของทะเลสาบ โดยจุดศูนย์กลางอยู่ลึกลงไปใต้แผ่นดิน 11 กิโลเมตร[17] และยังมีแผ่นดินไหวครั้งอื่นๆ เกิดขึ้นในบริเวณนี้ใน พ.ศ. 2435, 2459 และ 2463-2465[9]

ทะเลสาบโตบาอยู่ใกล้รอยเลื่อนใหญ่สุมาตราที่ทอดตัวในใจกลางเกาะสุมาตราในแนวรอยแตกสุมาตรา[9] 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

ทิวทัศน์ของทะเลสาบ มีตัวอย่างของสถาปัตยกรรมแบบบาตักอยู่ด้านหน้าบ้านแบบบาตักที่อัมบารีตา ทะเลสาบโตบา