Οι επιστήμονες του Dartmouth χρησιμοποίησαν ένα καινοτόμο μοντέλο υπολογιστή για να υποδείξουν ότι η ηφαιστειακή δραστηριότητα, όχι μια πρόσκρουση αστεροειδών, ήταν η κύρια αιτία της μαζικής εξαφάνισης που έληξε την εποχή των δεινοσαύρων. Αυτή η πρωτοποριακή προσέγγιση ανοίγει νέους ορίζοντες για τη διερεύνηση άλλων γεωλογικών γεγονότων.
Ελεύθερα σκεπτόμενοι υπολογιστές αναμόρφωσαν το αρχείο απολιθωμάτων για να προσδιορίσουν τα αίτια της καταστροφής.
Για να αντιμετωπίσουμε τη μακροχρόνια συζήτηση σχετικά με το εάν μια τεράστια πρόσκρουση αστεροειδών ή ηφαιστειακή δραστηριότητα προκάλεσε την εξαφάνιση των δεινοσαύρων και πολλών άλλων πλασμάτων. Ταξινόμηση Πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια, μια ομάδα στο Dartmouth College ακολούθησε μια καινοτόμο προσέγγιση, κρατώντας τους επιστήμονες έξω από τη συζήτηση και αφήνοντας τους υπολογιστές να αποφασίσουν.
Οι ερευνητές αναφέρουν στο περιοδικό Επιστήμες Μια νέα μέθοδος μοντελοποίησης που τροφοδοτείται από διασυνδεδεμένους επεξεργαστές που μπορεί να λειτουργήσει μέσω συνόλων γεωλογικών και κλιματικών δεδομένων χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Ανέθεσαν περίπου 130 επεξεργαστές να αναλύσουν το αρχείο απολιθωμάτων προς τα πίσω για να καθορίσουν τα γεγονότα και τις συνθήκες που οδήγησαν σε αυτό. Κρητιδική περίοδος– Το γεγονός της εξαφάνισης του Παλαιογένους (K–Pg) άνοιξε το δρόμο για την άνοδο των θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των πρωτευόντων που δημιούργησαν τους πρώτους ανθρώπους.
Μια νέα οπτική στα ιστορικά γεγονότα
“Μέρος του κινήτρου μας ήταν να αξιολογήσουμε αυτήν την ερώτηση χωρίς προκαθορισμένη υπόθεση ή μεροληψία”, δήλωσε ο Alex Cox, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Γεωεπιστημών του Dartmouth. “Τα περισσότερα μοντέλα κινούνται προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Έχουμε προσαρμόσει το μοντέλο κύκλου άνθρακα για να λειτουργεί προς την άλλη κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας εξαναγκασμό για εύρεση αιτίας μέσω στατιστικών και δίνοντάς του ελάχιστες προηγούμενες πληροφορίες καθώς λειτουργεί προς ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα.”
«Στο τέλος, δεν έχει σημασία τι σκεφτόμαστε ή τι πιστεύαμε προηγουμένως – το μοντέλο μας δείχνει πώς φτάσαμε σε αυτό που βλέπουμε στο γεωλογικό αρχείο», είπε.
Το μοντέλο ανέλυσε περισσότερα από 300.000 πιθανά σενάρια για εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, παραγωγή διοξειδίου του θείου και βιολογική παραγωγικότητα στα εκατομμύρια χρόνια πριν και μετά την εξαφάνιση του K-Pg. Μέσω του είδους Μηχανική μάθηση Γνωστό ως αλυσίδα Markov Monte Carlo —όχι σε αντίθεση με τον τρόπο που ένα smartphone προβλέπει τι θα πληκτρολογήσετε στη συνέχεια— οι επεξεργαστές συνεργάστηκαν ανεξάρτητα για να συγκρίνουν, να αναθεωρήσουν και να υπολογίσουν εκ νέου τα συμπεράσματά τους μέχρι να καταλήξουν σε ένα σενάριο που ταιριάζει με το αποτέλεσμα που διατηρείται στο αρχείο απολιθωμάτων.
Ανακαλύπτοντας τα αίτια της εξαφάνισης
Τα γεωχημικά και οργανικά κατάλοιπα στα απολιθώματα δείχνουν ξεκάθαρα τις καταστροφικές συνθήκες που συνέβησαν κατά την εξαφάνιση του K-Pg, που ονομάστηκαν από τις γεωλογικές περιόδους εκατέρωθεν της καταστροφής που διήρκεσε χιλιάδες χρόνια. Ζώα και φυτά σε όλο τον κόσμο έχουν υποστεί τεράστιους νεκρούς καθώς οι τροφικοί ιστοί καταρρέουν καθώς μια ασταθής ατμόσφαιρα – φορτωμένη με θείο που ρυπαίνει τον ήλιο, μέταλλα που μεταφέρονται στον αέρα και διοξείδιο του άνθρακα που παγιδεύει τη θερμότητα – μεταβάλλεται άγρια από τον παγετό σε συνθήκες καύσης.
Ενώ το αποτέλεσμα είναι ξεκάθαρο, η αιτία της εξαφάνισης δεν έχει επιλυθεί. Οι πρώτες θεωρίες που απέδιδαν το γεγονός σε ηφαιστειακές εκρήξεις επισκιάστηκαν από την ανακάλυψη ενός κρατήρα πρόσκρουσης στο Μεξικό γνωστού ως Chicxulub που δημιουργήθηκε από έναν αστεροειδή πλάτους μιλίων που τώρα πιστεύεται ότι είναι ο κύριος υπεύθυνος για το γεγονός εξαφάνισης. Ωστόσο, οι θεωρίες αρχίζουν να συγκλίνουν, καθώς τα απολιθώματα δείχνουν ένα μόνο χτύπημα που δεν μοιάζει με τίποτα στην ιστορία της Γης: ο αστεροειδής μπορεί να συγκρούστηκε με έναν πλανήτη που ήδη υποφέρει από τεράστιες, εξαιρετικά βίαιες ηφαιστειακές εκρήξεις στις παγίδες Deccan στη δυτική Ινδία.
Αλλά οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην γνωρίζουν – και δεν συμφωνούν – πόσο συνέβαλε κάθε γεγονός στη μαζική εξαφάνιση. Έτσι, ο Cox και ο σύμβουλός του Brenhen Keller, επίκουρος καθηγητής γεωεπιστημών στο Dartmouth και συν-συγγραφέας της μελέτης, αποφάσισαν «να δουν τι θα λάβετε αν αφήσετε τον κώδικα να αποφασίσει».
Αποτελέσματα μοντελοποίησης και ηφαιστειακή επίδραση
Το μοντέλο τους προτείνει ότι η εισροή αερίων που αλλάζουν το κλίμα από τις παγίδες του Deccan από μόνη της θα μπορούσε να είναι αρκετή για να πυροδοτήσει την παγκόσμια εξαφάνιση. Οι παγίδες εξερράγησαν περίπου 300.000 χρόνια πριν από τον αστεροειδή Chicxulub. Κατά τη διάρκεια των περίπου 1 εκατομμυρίου ετών εκρήξεων, οι παγίδες του Deccan εκτιμάται ότι έχουν αντλήσει έως και 10,4 τρισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα και 9,3 τρισεκατομμύρια τόνους θείου στην ατμόσφαιρα.
«Γνωρίζουμε ιστορικά ότι τα ηφαίστεια μπορούν να προκαλέσουν μαζικές εξαφανίσεις, αλλά αυτή είναι η πρώτη ανεξάρτητη εκτίμηση των πτητικών εκπομπών που προέρχονται από στοιχεία των περιβαλλοντικών τους επιπτώσεων», είπε ο Keller, ο οποίος δημοσίευσε έρευνα πέρυσι που συνδέει τέσσερις από τις πέντε μαζικές εξαφανίσεις στη Γη. Ηφαίστεια.
«Το μοντέλο μας λειτούργησε μέσω των δεδομένων ανεξάρτητα και χωρίς ανθρώπινη προκατάληψη για να προσδιορίσει πόσο διοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του θείου θα χρειαζόταν για να παραχθούν οι διαταραχές του κλίματος και του κύκλου του άνθρακα που βλέπουμε στο γεωλογικό αρχείο. «Το μοντέλο μας λειτούργησε μέσω των δεδομένων ανεξάρτητα και χωρίς ανθρώπινη προκατάληψη για τον προσδιορισμό της σχέσης μεταξύ του ηφαιστείου του Deccan και της εξαφάνισης K-Pg», είπε ο Keller, ο οποίος έχει εργαστεί εκτενώς για να μελετήσει τη σχέση μεταξύ του ηφαιστείου του Deccan και της εξαφάνισης K-Pg. «Αυτές οι ποσότητες αποδείχθηκαν σύμφωνες με αυτό θα περιμέναμε να δούμε τις εκπομπές από τις παγίδες του Deccan».
Πρόσκρουση αστεροειδών και σύγχρονο πλαίσιο
Το μοντέλο αποκάλυψε μια απότομη μείωση στη συσσώρευση οργανικού άνθρακα στα βαθιά του ωκεανού γύρω από την εποχή της πρόσκρουσης του Chicxulub, η οποία ήταν πιθανότατα το αποτέλεσμα του αστεροειδή που προκάλεσε τον θάνατο πολλών ζωικών και φυτικών ειδών. Το αρχείο περιέχει ίχνη πτώσης της θερμοκρασίας περίπου την ίδια περίοδο που θα μπορούσε να είχε προκληθεί από μεγάλη ποσότητα θείου – ένα βραχύβιο ψυκτικό παράγοντα – που ο τεράστιος μετεωρίτης θα είχε πετάξει στον αέρα όταν χτύπησε την πλούσια σε θείο επιφάνεια σε εκείνη την περιοχή του πλανήτη..
Η πρόσκρουση του αστεροειδούς θα απελευθερώσει επίσης διοξείδιο του άνθρακα και θείο. Ωστόσο, το μοντέλο διαπίστωσε ότι δεν υπήρχε αύξηση στις εκπομπές κανενός αερίου εκείνη την εποχή, υποδηλώνοντας ότι η συμβολή του αστεροειδούς στην εξαφάνιση δεν εξαρτάται από τις εκπομπές αερίων.
Συμπέρασμα: Μεθοδολογική καινοτομία και μελλοντικές εφαρμογές
Στο σύγχρονο πλαίσιο, είπε ο Cox, η καύση ορυκτών καυσίμων από το 2000 έως το 2023 είχε ως αποτέλεσμα περίπου 16 δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα να διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα ετησίως. Αυτό είναι 100 φορές μεγαλύτερο από το υψηλότερο ετήσιο ποσοστό εκπομπών που περιμένουν οι επιστήμονες από τις παγίδες του Deccan. Αν και ανησυχητικό από μόνο του, θα χρειαστούν μερικές χιλιάδες χρόνια για να ταιριάξουν οι τρέχουσες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα με τη συνολική ποσότητα που εκπέμπεται από τα αρχαία ηφαίστεια, είπε ο Cox.
«Αυτό που είναι ακόμη πιο ενθαρρυντικό είναι ότι τα αποτελέσματά μας είναι φυσικά εύλογα σε κλίμακα, κάτι που είναι εντυπωσιακό, δεδομένου ότι το μοντέλο θα μπορούσε να ήταν αρκετά τεχνικά αδύνατο χωρίς ισχυρότερους προηγούμενους περιορισμούς», είπε.
Η σύνδεση των επεξεργαστών έχει συντομεύσει τον χρόνο που χρειάζεται για το μοντέλο να αναλύσει ένα τόσο τεράστιο σύνολο δεδομένων από μήνες ή χρόνια σε ώρες, είπε ο Cox. Η μέθοδός του και η μέθοδός του για την αναστροφή μοντέλων άλλων συστημάτων της Γης – όπως αυτά του κλίματος ή του κύκλου του άνθρακα – μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση γεωλογικών γεγονότων των οποίων τα αποτελέσματα είναι καλά γνωστά, αλλά όχι οι παράγοντες που οδήγησαν σε αυτά τα γεγονότα.
“Αυτός ο τύπος παράλληλης αναστροφής δεν έχει γίνει ποτέ ξανά σε μοντέλα επιστήμης της Γης. Η μέθοδός μας μπορεί να κλιμακωθεί σε χιλιάδες επεξεργαστές, δίνοντάς μας έναν πολύ ευρύτερο χώρο λύσεων για εξερεύνηση και είναι εντελώς ανθεκτική στην ανθρώπινη προκατάληψη”, είπε ο Cox.
«Μέχρι στιγμής, οι άνθρωποι στον τομέα μας έχουν εντυπωσιαστεί περισσότερο από την καινοτομία της μεθόδου παρά από το αποτέλεσμά μας», είπε γελώντας. “Οποιοδήποτε γήινο σύστημα του οποίου η επίδραση αλλά όχι η αιτία του γνωρίζουμε είναι έτοιμο να ανατραπεί. Όσο καλύτερα γνωρίζουμε τις εξόδους, τόσο καλύτερα μπορούμε να περιγράψουμε τις εισόδους που τις προκάλεσαν.”
Παραπομπή: «Bayesian inversion of emissions and εξαγωγική παραγωγικότητα πέρα από τα όρια του Τελικού Κρητιδικού» από τον Alexander A. Cox και C. Brynhen Keller, 28 Σεπτεμβρίου 2023, Επιστήμες.
doi: 10.1126/science.adh3875