Sopky nebo asteroid? Umělá inteligence ukončuje polemiku o události vyhynutí dinosaurů

Svobodomyslné počítače provedly reverzní inženýrství fosilních záznamů, aby určily příčiny katastrofy.

Řešit dlouhodobou debatu o tom, zda masivní dopad asteroidu nebo vulkanická činnost způsobily vyhynutí dinosaurů a mnoha dalších tvorů. Klasifikovat Před 66 miliony let zaujal tým z Dartmouth College inovativní přístup, který držel vědce mimo debatu a nechal rozhodovat počítače.

Informují o tom vědci v časopise vědy Nová metoda modelování poháněná propojenými procesory, které mohou pracovat se sadami geologických a klimatických dat bez lidského zásahu. Pověřili přibližně 130 zpracovatelů, aby zpětně analyzovali fosilní záznamy, aby určili události a podmínky, které k tomu vedly. Období křídy– Paleogene (K–Pg) vymírání vydláždilo cestu pro vzestup savců, včetně primátů, kteří dali vzniknout prvním lidem.

Nový pohled na historické události

„Součástí naší motivace bylo vyhodnotit tuto otázku bez předem specifikované hypotézy nebo zkreslení,“ řekl Alex Cox, první autor studie a postgraduální student na katedře geověd v Dartmouthu. „Většina modelů se pohybuje vpřed. Upravili jsme model uhlíkového cyklu, aby fungoval opačným směrem, pomocí vynucení k nalezení příčiny pomocí statistik a při práci na konkrétním výsledku jsme mu poskytli pouze minimální předběžné informace.“

„Nakonec nezáleží na tom, co si myslíme nebo co jsme si mysleli dříve – model nám ukazuje, jak jsme se dostali k tomu, co vidíme v geologickém záznamu,“ řekl.

Model analyzoval více než 300 000 možných scénářů pro emise oxidu uhličitého, produkci oxidu siřičitého a biologickou produktivitu za milion let před a po vyhynutí K-Pg. Prostřednictvím druhu Strojové učení Procesory známý jako Markovův řetězec Monte Carlo – ne nepodobný způsobu, jakým chytrý telefon předpovídá, co napíšete příště – spolupracovaly nezávisle na tom, aby porovnávaly, revidovaly a přepočítávaly své závěry, dokud nepřišly se scénářem, který odpovídal výsledku uloženému v fosilní záznam.

Odhalování příčin vymírání

Geochemické a organické pozůstatky ve fosilním záznamu jasně ukazují katastrofické podmínky, které nastaly během vymírání K-Pg, pojmenované podle geologických období na obou stranách katastrofy, která trvala tisíce let. Zvířata a rostliny po celém světě utrpěly masivní vymírání, protože potravní sítě se zhroutily, protože nestabilní atmosféra – zatížená sluncem znečišťující sírou, vzdušnými kovy a teplo zachycujícím oxidem uhličitým – se divoce přehoupne z mrazu do spalujících podmínek.

Zatímco účinek je jasný, příčina vyhynutí nebyla vyřešena. Rané teorie připisující událost sopečným erupcím byly zastíněny objevem impaktního kráteru v Mexiku známého jako Chicxulub, který byl vytvořen míle širokým asteroidem, o kterém se nyní předpokládá, že je primárně zodpovědný za událost vymírání. Teorie se však začínají sbližovat, protože fosilní důkazy naznačují úder 1-2, který se nepodobá ničemu v historii Země: asteroid se mohl srazit s planetou, která již trpí masivními, extrémně prudkými sopečnými erupcemi v Deccan Traps v západní Indii.

Ale vědci stále nevědí – a nesouhlasí – jak moc každá událost přispěla k masovému vymírání. Cox a jeho poradce Brenhen Keller, odborný asistent geověd v Dartmouthu a spoluautor studie, se tedy rozhodli „uvidíte, co získáte, když necháte rozhodnout kód“.

Výsledky modelování a sopečný dopad

Jejich model naznačuje, že samotný příliv plynů měnících klima z Deccanských pastí by mohl stačit ke spuštění globálního vyhynutí. Pasti explodovaly přibližně 300 000 let před asteroidem Chicxulub. Odhaduje se, že během zhruba 1 milionu let erupcí napumpovaly Deccan pasti do atmosféry až 10,4 bilionu tun oxidu uhličitého a 9,3 bilionu tun síry.

„Historicky víme, že sopky mohou způsobit masová vymírání, ale toto je první nezávislý odhad těkavých emisí získaný z důkazů o jejich dopadech na životní prostředí,“ řekl Keller, který loni zveřejnil výzkum spojující čtyři z pěti masových vymírání na Zemi. Sopky.

„Náš model pracoval s daty nezávisle a bez lidské zaujatosti, abychom určili, kolik oxidu uhličitého a oxidu siřičitého by bylo potřeba k vyvolání poruch klimatu a uhlíkového cyklu, které vidíme v geologických záznamech.“ Vidíme spoustu dat, “ řekl Keller, který se intenzivně zabýval studiem vztahu mezi dekanským vulkanismem a vyhynutím K-Pg.

Dopad asteroidu a moderní kontext

Model odhalil prudký pokles akumulace organického uhlíku v hlubokém oceánu v době dopadu Chicxulubu, který byl pravděpodobně důsledkem toho, že asteroid způsobil zánik mnoha živočišných a rostlinných druhů. Záznam obsahuje stopy poklesu teploty přibližně ve stejnou dobu, které mohlo být způsobeno velkým množstvím síry – krátkodobou chladicí látkou – kterou by masivní meteorit vymrštil do vzduchu, když by narazil na povrch bohatý na síru. v této oblasti planety.

Dopad asteroidu by také pravděpodobně uvolnil jak oxid uhličitý, tak síru. Model však zjistil, že v té době nedošlo k nárůstu emisí žádného z plynů, což naznačuje, že příspěvek asteroidu k zániku nebyl závislý na emisích plynu.

Závěr: Metodická inovace a budoucí aplikace

V moderním kontextu, řekl Cox, spalování fosilních paliv v letech 2000 až 2023 vedlo k tomu, že se do atmosféry ročně napumpuje asi 16 miliard tun oxidu uhličitého. To je 100krát vyšší než nejvyšší roční míra emisí, kterou vědci očekávají od dekcanských pastí. Ačkoli je to samo o sobě alarmující, bude to trvat několik tisíc let, než se současné emise oxidu uhličitého vyrovnají celkovému množství vypouštěnému starověkými sopkami, řekl Cox.

„Ještě povzbudivější je, že naše výsledky jsou v měřítku fyzicky věrohodné, což je působivé vzhledem k tomu, že model mohl být docela technicky uniklý bez silnějších předchozích omezení,“ řekl.

Propojení procesorů zkrátilo dobu, kterou model potřebuje k analýze tak obrovského souboru dat, z měsíců nebo let na hodiny, řekl Cox. Jeho metoda a jeho metoda inverze modelů jiných pozemských systémů – jako jsou klima nebo uhlíkový cyklus – mohou být použity k hodnocení geologických událostí, jejichž výsledky jsou dobře známé, ale ne faktory, které k těmto událostem vedly.

„Tento typ paralelní inverze nebyl nikdy předtím proveden v modelech vědy o Zemi. Naše metoda může být škálována na tisíce procesorů, což nám poskytuje mnohem širší prostor pro řešení a je zcela odolná vůči lidskému zaujatosti,“ řekl Cox.

„Zatím na lidi v našem oboru udělala větší dojem novost metody než náš výsledek,“ řekl se smíchem. „Jakýkoli pozemský systém, jehož účinek, ale ne jeho příčinu, je připraven se převrátit. Čím lépe známe výstupy, tím lépe dokážeme popsat vstupy, které je způsobily.“

Odkaz: „Bayesovská inverze emisí a produktivita exportu přes hranici mezi koncem křídy“ od Alexandra A. Cox a C. Brynhen Keller, 28. září 2023, vědy.
doi: 10.1126/science.adh3875