Voľnomysliteľské počítače spätne skonštruovali fosílne záznamy, aby určili príčiny katastrofy.

Riešiť dlhotrvajúcu diskusiu o tom, či masívny dopad asteroidu alebo sopečná činnosť spôsobili vyhynutie dinosaurov a mnohých ďalších tvorov. Klasifikovať Pred 66 miliónmi rokov zaujal tím z Dartmouth College inovatívny prístup, vďaka ktorému sa vedci nedostali do diskusie a rozhodovali počítače.

Informujú o tom výskumníci v časopise vedy Nová metóda modelovania poháňaná vzájomne prepojenými procesormi, ktoré dokážu pracovať so súbormi geologických a klimatických údajov bez ľudského zásahu. Poverili približne 130 spracovateľov, aby spätne analyzovali fosílne záznamy, aby určili udalosti a podmienky, ktoré k tomu viedli. Obdobie kriedy– Udalosť vymierania paleogénu (K–Pg) vydláždila cestu pre vzostup cicavcov vrátane primátov, z ktorých sa zrodili prví ľudia.

Nový pohľad na historické udalosti

„Súčasťou našej motivácie bolo vyhodnotiť túto otázku bez vopred špecifikovanej hypotézy alebo zaujatosti,“ povedal Alex Cox, prvý autor štúdie a postgraduálny študent na Katedre geovied v Dartmouthe. „Väčšina modelov sa pohybuje vpred. Model uhlíkového cyklu sme prispôsobili tak, aby fungoval opačným smerom, pričom sme použili nátlak na nájdenie príčiny prostredníctvom štatistík a poskytli sme mu len minimálne predchádzajúce informácie, keďže pracuje na dosiahnutí konkrétneho výsledku.“

„Nakoniec nezáleží na tom, čo si myslíme alebo čo sme si predtým mysleli – model nám ukazuje, ako sme sa dostali k tomu, čo vidíme v geologickom zázname,“ povedal.

Model analyzoval viac ako 300 000 možných scenárov pre emisie oxidu uhličitého, produkciu oxidu siričitého a biologickú produktivitu za milión rokov pred a po vyhynutí K-Pg. Cez druh Strojové učenie Procesory známy ako Markov reťazec Monte Carlo – nie na rozdiel od spôsobu, akým smartfón predpovedá, čo napíšete nabudúce – spolupracovali nezávisle, aby porovnávali, revidovali a prepočítavali svoje závery, až kým neprišli so scenárom, ktorý sa zhodoval s výsledkom zachovaným v fosílny záznam.

Objavovanie príčin vyhynutia

Geochemické a organické pozostatky vo fosílnom zázname jasne ukazujú katastrofické podmienky, ktoré nastali počas vyhynutia K-Pg, pomenované podľa geologických období na oboch stranách katastrofy, ktorá trvala tisíce rokov. Zvieratá a rastliny na celom svete utrpeli masívne úhyny, keď sa potravinové siete zrútili, pretože nestabilná atmosféra – zaťažená sírou znečisťujúcou slnko, kovmi vo vzduchu a oxidom uhličitým zachytávajúcim teplo – sa divoko mení z mrazu na horúčavy.

Zatiaľ čo účinok je jasný, príčina vyhynutia nebola vyriešená. Skoré teórie pripisujúce túto udalosť sopečným erupciám boli zatienené objavom impaktného krátera v Mexiku známeho ako Chicxulub, ktorý vytvoril míľ široký asteroid, o ktorom sa teraz predpokladá, že je primárne zodpovedný za udalosť vyhynutia. Teórie sa však začínajú zbližovať, pretože fosílne dôkazy naznačujú úder raz-dva, ktorý sa nepodobá ničomu v histórii Zeme: asteroid sa mohol zraziť s planétou, ktorá už trpí masívnymi, extrémne prudkými sopečnými erupciami v Deccan Traps v západnej Indii.

Vedci však stále nevedia – a nesúhlasia – do akej miery každá udalosť prispela k hromadnému vyhynutiu. Cox a jeho poradca Brenhen Keller, odborný asistent geovied v Dartmouthe a spoluautor štúdie, sa teda rozhodli „uvidieť, čo získate, ak necháte rozhodnúť kód“.

Výsledky modelovania a vulkanické pôsobenie

Ich model naznačuje, že samotný prílev plynov, ktoré menia klímu z Deccanských pascí, by mohol stačiť na spustenie globálneho vyhynutia. Pasce explodovali približne 300 000 rokov pred asteroidom Chicxulub. Odhaduje sa, že počas približne 1 milióna rokov erupcií Deccan Traps napumpovali do atmosféry až 10,4 bilióna ton oxidu uhličitého a 9,3 bilióna ton síry.

„Historicky vieme, že sopky môžu spôsobiť hromadné vymieranie, ale toto je prvý nezávislý odhad prchavých emisií odvodený z dôkazov o ich vplyve na životné prostredie,“ povedal Keller, ktorý minulý rok publikoval výskum spájajúci štyri z piatich masových vymieraní na Zemi. Sopky.

„Náš model pracoval s údajmi nezávisle a bez ľudskej zaujatosti, aby sme určili, koľko oxidu uhličitého a oxidu siričitého by bolo potrebné na vytvorenie porúch klímy a uhlíkového cyklu, ktoré vidíme v geologickom zázname.“ Náš model pracoval s údajmi nezávisle a bez ľudská zaujatosť určiť vzťah medzi dekanským vulkanizmom a vyhynutím K-Pg,“ povedal Keller, ktorý intenzívne pracoval na štúdiu vzťahu medzi dekkanským vulkanizmom a vyhynutím K-Pg. „Ukázalo sa, že tieto množstvá sú v súlade s očakávali by sme, že to uvidíme v emisiách z Deccanských pascí.“

Dopad asteroidu a moderný kontext

Model odhalil prudký pokles akumulácie organického uhlíka v hlbokom oceáne v čase dopadu Chicxulubu, ktorý bol pravdepodobne výsledkom toho, že asteroid spôsobil zánik mnohých živočíšnych a rastlinných druhov. Záznam obsahuje stopy poklesu teploty približne v rovnakom čase, ktorý mohol byť spôsobený veľkým množstvom síry – krátkodobej chladiacej látky – ktorú by masívny meteorit vymrštil do vzduchu, keď by narazil na povrch bohatý na síru. v tejto oblasti planéty…

Náraz asteroidu by tiež pravdepodobne uvoľnil oxid uhličitý a síru. Model však zistil, že v tom čase nedošlo k zvýšeniu emisií ani jedného z plynov, čo naznačuje, že príspevok asteroidu k vyhynutiu nebol závislý od emisií plynov.

Záver: Metodologická inovácia a budúce aplikácie

V modernom kontexte, povedal Cox, spaľovanie fosílnych palív od roku 2000 do roku 2023 malo za následok asi 16 miliárd ton oxidu uhličitého, ktoré sa vyčerpajú do atmosféry ročne. To je 100-krát viac, než je najvyššia ročná miera emisií, ktorú vedci očakávajú od pascí Deccan. Aj keď je to samo o sebe alarmujúce, bude trvať niekoľko tisíc rokov, kým sa súčasné emisie oxidu uhličitého vyrovnajú celkovému množstvu emitovanému starými sopkami, povedal Cox.

„Ešte povzbudzujúcejšie je, že naše výsledky sú fyzicky hodnoverné v mierke, čo je pôsobivé vzhľadom na to, že model mohol byť celkom technicky uniknutý bez silnejších predchádzajúcich obmedzení,“ povedal.

Prepojenie procesorov skrátilo čas, ktorý model potrebuje na analýzu takého obrovského súboru údajov, z mesiacov alebo rokov na hodiny, povedal Cox. Jeho metóda a jeho metóda invertovania modelov iných systémov Zeme – ako sú modely klímy alebo uhlíkového cyklu – sa môžu použiť na vyhodnotenie geologických udalostí, ktorých výsledky sú dobre známe, ale nie faktory, ktoré viedli k týmto udalostiam.

„Tento typ paralelnej inverzie sa nikdy predtým neuskutočnil v modeloch vedy o Zemi. Naša metóda môže byť škálovaná na tisíce procesorov, čo nám dáva oveľa širší priestor na preskúmanie a je úplne odolná voči ľudskej zaujatosti,“ povedal Cox.

„Zatiaľ boli ľudia v našom odbore viac ohromení novosťou metódy ako naším výsledkom,“ povedal so smiechom. „Akýkoľvek pozemský systém, ktorého účinok, ale nepoznáme jeho príčinu, je pripravený sa prevrátiť. Čím lepšie poznáme výstupy, tým lepšie vieme opísať vstupy, ktoré ich spôsobili.“

Odkaz: „Bayesovská inverzia emisií a produktivita exportu cez hranicu konca kriedy“ od Alexandra A. Cox a C. Brynhen Keller, 28. septembra 2023, vedy.
doi: 10.1126/science.adh3875