Vulcani sau asteroid? Inteligența artificială pune capăt controversei legate de dispariția dinozaurilor

Calculatoarele cu gândire liberă au făcut o inginerie inversă a înregistrărilor fosile pentru a determina cauzele dezastrului.

Pentru a aborda dezbaterea de lungă durată despre dacă un impact masiv de asteroizi sau o activitate vulcanică a cauzat dispariția dinozaurilor și a multor alte creaturi. Clasifica În urmă cu 66 de milioane de ani, o echipă de la Dartmouth College a adoptat o abordare inovatoare, ținând oamenii de știință în afara dezbaterii și lăsând computerele să decidă.

Cercetătorii relatează în revistă Științe O nouă metodă de modelare alimentată de procesoare interconectate care poate funcționa prin seturi de date geologice și climatice fără intervenția umană. Ei au comandat aproximativ 130 de procesoare să analizeze înapoi înregistrările fosile pentru a determina evenimentele și condițiile care au dus la aceasta. Perioada cretacică– Evenimentul de extincție a Paleogenului (K–Pg) a deschis calea pentru creșterea mamiferelor, inclusiv a primatelor care au dat naștere primilor oameni.

O nouă perspectivă asupra evenimentelor istorice

„O parte din motivația noastră a fost să evaluăm această întrebare fără o ipoteză sau părtinire prespecificată”, a spus Alex Cox, primul autor al studiului și student absolvent la Departamentul de Geoștiințe din Dartmouth. „Majoritatea modelelor se deplasează într-o direcție înainte. Am adaptat modelul ciclului carbonului pentru a funcționa în cealaltă direcție, folosind forțarea pentru a găsi cauza prin statistici și oferindu-i doar informații prealabile minime pe măsură ce lucrează către un anumit rezultat”.

„În cele din urmă, nu contează ce credem sau ce credeam anterior – modelul ne arată cum am ajuns la ceea ce vedem în înregistrarea geologică”, a spus el.

Modelul a analizat peste 300.000 de scenarii posibile pentru emisiile de dioxid de carbon, producția de dioxid de sulf și productivitatea biologică în milioane de ani înainte și după extincția K-Pg. Prin fel de Învățare automată Cunoscut sub numele de lanțul Markov Monte Carlo – nu spre deosebire de modul în care un smartphone prezice ce vei scrie în continuare – procesoarele au lucrat împreună independent pentru a compara, revizui și recalcula concluziile până când au venit cu un scenariu care se potrivea cu rezultatul păstrat în înregistrarea fosilelor.

Descoperirea cauzelor dispariției

Rămășițele geochimice și organice din înregistrarea fosilă arată clar condițiile catastrofale care au avut loc în timpul extincției K-Pg, numite după perioadele geologice de ambele părți ale catastrofei care a durat mii de ani. Animalele și plantele din întreaga lume au suferit dispariții masive pe măsură ce rețelele trofice se prăbușesc, în timp ce o atmosferă instabilă – încărcată cu sulf care poluează soarele, metale din aer și dioxid de carbon care captează căldura – oscilează sălbatic de la îngheț la condiții arzătoare.

Deși efectul este clar, cauza dispariției nu a fost rezolvată. Teoriile timpurii care atribuiau evenimentul erupțiilor vulcanice au fost umbrite de descoperirea unui crater de impact în Mexic, cunoscut sub numele de Chicxulub, care a fost creat de un asteroid de kilometri lățimi despre care se crede că este în primul rând responsabil pentru evenimentul de extincție. Cu toate acestea, teoriile încep să convergă, deoarece dovezile fosile sugerează o lovitură unu-două, spre deosebire de nimic din istoria Pământului: asteroidul s-ar putea să se fi ciocnit de o planetă care suferea deja de erupții vulcanice masive, extrem de violente în capcanele Deccan din vestul Indiei.

Dar oamenii de știință încă nu știu – și nu sunt de acord – cât de mult a contribuit fiecare eveniment la extincția în masă. Așadar, Cox și consilierul său Brenhen Keller, profesor asistent de geoștiințe la Dartmouth și coautor al studiului, au decis să „vede ce obțineți dacă lăsați codul să decidă”.

Rezultatele modelării și impactul vulcanic

Modelul lor sugerează că afluxul de gaze care schimbă clima doar din capcanele Deccan ar putea fi suficient pentru a declanșa extincția globală. Capcanele au explodat cu aproximativ 300.000 de ani înaintea asteroidului Chicxulub. În timpul celor aproximativ 1 milion de ani de erupții, se estimează că Capcanele Deccan au pompat până la 10,4 trilioane de tone de dioxid de carbon și 9,3 trilioane de tone de sulf în atmosferă.

„Știm din istorie că vulcanii pot provoca extincții în masă, dar aceasta este prima estimare independentă a emisiilor volatile extrasă din dovezile impactului lor asupra mediului”, a spus Keller, care a publicat o cercetare anul trecut care leagă patru din cinci extincții în masă de pe Pământ. Vulcanii.

„Modelul nostru a lucrat prin datele în mod independent și fără părtinire umană pentru a determina cât de mult dioxid de carbon și dioxid de sulf ar fi necesare pentru a produce perturbațiile climatice și ale ciclului carbonului pe care le vedem în înregistrarea geologică. „Vedem o mulțime de date, „, a spus Keller, care a lucrat intens pentru a studia relația dintre vulcanismul Deccan și extincția K-Pg. „Aceste cantități s-au dovedit a fi în concordanță cu ceea ce ne-am aștepta să vedem în emisiile de la capcanele Deccan”.

Impactul asteroizilor și contextul modern

Modelul a dezvăluit o scădere bruscă a acumulării de carbon organic în oceanul adânc în jurul momentului impactului Chicxulub, care a fost probabil rezultatul asteroidului care a cauzat dispariția multor specii de animale și plante. Înregistrarea conține urme ale unei scăderi a temperaturii aproximativ în același timp, care ar fi putut fi cauzată de o cantitate mare de sulf – un agent de răcire de scurtă durată – pe care meteoritul masiv l-ar fi aruncat în aer atunci când a lovit suprafața bogată în sulf. în acea regiune a planetei…

Impactul asteroidului ar elibera probabil atât dioxid de carbon, cât și sulf. Cu toate acestea, modelul a constatat că nu a existat o creștere a emisiilor niciunui gaz la acel moment, sugerând că contribuția asteroidului la dispariție nu a fost condiționată de emisiile de gaze.

Concluzie: Inovare metodologică și aplicații viitoare

În contextul modern, a spus Cox, arderea combustibililor fosili din 2000 până în 2023 a dus la pomparea anuală în atmosferă a aproximativ 16 miliarde de tone de dioxid de carbon. Aceasta este de 100 de ori mai mare decât cea mai mare rată anuală de emisii pe care oamenii de știință o așteaptă de la capcanele Deccan. Deși alarmant în sine, va dura câteva mii de ani pentru ca emisiile actuale de dioxid de carbon să se potrivească cu cantitatea totală emisă de vulcanii antici, a spus Cox.

„Ceea ce este și mai încurajator este că rezultatele noastre sunt plauzibile din punct de vedere fizic la scară, ceea ce este impresionant, având în vedere că modelul ar fi putut fi destul de eliberat din punct de vedere tehnic fără constrângeri anterioare mai puternice”, a spus el.

Conectarea procesoarelor a scurtat timpul necesar modelului pentru a analiza un astfel de set de date uriaș de la luni sau ani la ore, a spus Cox. Metoda sa și metoda sa de a inversa modelele altor sisteme Pământului – cum ar fi cele ale climei sau ciclul carbonului – pot fi folosite pentru a evalua evenimente geologice ale căror rezultate sunt bine cunoscute, dar nu și factorii care au condus la acele evenimente.

„Acest tip de inversare paralelă nu a mai fost făcut niciodată în modelele științei Pământului. Metoda noastră poate fi scalată la mii de procesoare, oferindu-ne un spațiu de soluții mult mai larg de explorat și este complet rezistentă la părtinirea umană”, a spus Cox.

„Până acum, oamenii din domeniul nostru au fost mai impresionați de noutatea metodei decât de rezultatul nostru”, a spus el râzând. „Orice sistem Pământ al cărui efect, dar nu cauza, îl cunoaștem, este gata să se răstoarne. Cu cât cunoaștem mai bine ieșirile, cu atât mai bine putem descrie intrările care le-au cauzat.”

Referință: „Inversarea bayesiană a emisiilor și a productivității exporturilor de-a lungul graniței Cretacicului Sfârșit” de Alexander A. Cox și C. Brynhen Keller, 28 septembrie 2023, Științe.
doi: 10.1126/science.adh3875