Vulkánok vagy aszteroida? A mesterséges intelligencia véget vet a dinoszauruszok kihalásával kapcsolatos vitának

A szabadon gondolkodó számítógépek visszafejtették a fosszilis feljegyzéseket, hogy meghatározzák a katasztrófa okait.

Hogy foglalkozzunk azzal a régóta tartó vitával, hogy egy hatalmas aszteroida becsapódás vagy vulkáni tevékenység okozta-e a dinoszauruszok és sok más lény kihalását. Osztályozás 66 millió évvel ezelőtt a Dartmouth College egyik csapata innovatív megközelítést alkalmazott, távol tartotta a tudósokat a vitától, és hagyta, hogy a számítógépek döntsenek.

A kutatók a magazinban számolnak be Tudományok Egy új modellezési módszer, amelyet összekapcsolt processzorok hajtanak végre, amelyek emberi beavatkozás nélkül képesek feldolgozni a geológiai és éghajlati adatok halmazait. Körülbelül 130 processzort bíztak meg a fosszilis feljegyzések visszamenőleges elemzésével, hogy meghatározzák az ehhez vezető eseményeket és körülményeket. Kréta időszak– A paleogén (K–Pg) kihalási esemény megnyitotta az utat az emlősök, köztük a főemlősök felemelkedése előtt, amelyekből az első ember született.

A történelmi események új perspektívája

„Motivációnk egy része az volt, hogy előre meghatározott hipotézis vagy elfogultság nélkül értékeljük ezt a kérdést” – mondta Alex Cox, a tanulmány első szerzője, a dartmouthi geotudományi tanszék végzős hallgatója. „A legtöbb modell előrefelé halad. A szénciklus-modellt úgy alakítottuk át, hogy a másik irányba is működjön, kényszerítve az okokat statisztikákon keresztül, és csak minimális előzetes információt adunk meg, mivel az egy adott eredmény felé hat.”

„Végül nem számít, mit gondolunk vagy mit gondoltunk korábban – a modell megmutatja, hogyan jutottunk el ahhoz, amit a geológiai feljegyzésben látunk” – mondta.

A modell több mint 300 000 lehetséges forgatókönyvet elemzett a szén-dioxid-kibocsátásra, a kén-dioxid-termelésre és a biológiai termelékenységre vonatkozóan a K-Pg kihalás előtti és utáni millió év során. Egyfajta révén Gépi tanulás A Markov-láncként ismert Monte Carlo – nem ellentétben azzal, ahogy az okostelefon megjósolja, hogy mit fog begépelni – a processzorok egymástól függetlenül dolgoztak, hogy összehasonlítsák, felülvizsgálják és újraszámolják a következtetéseiket, amíg olyan forgatókönyvet nem hoztak létre, amely megegyezik a dokumentumban megőrzött eredménnyel. fosszilis feljegyzés.

A kihalás okainak feltárása

A fosszilis leletanyagban található geokémiai és szerves maradványok egyértelműen mutatják a K-Pg kihalás során bekövetkezett katasztrofális körülményeket, amelyeket a több ezer évig tartó katasztrófa mindkét oldalán elhelyezkedő geológiai időszakokról neveztek el. Az állatok és növények világszerte hatalmas pusztulást szenvedtek el, amikor a táplálékhálók összeomlanak, miközben a napszennyező kénnel, levegőben szálló fémekkel és hőt megkötő szén-dioxiddal terhelt instabil légkör vadul ingadozik a fagytól a perzselőig.

Bár a hatás egyértelmű, a kihalás okát nem sikerült megoldani. A korai elméleteket, amelyek az eseményt a vulkánkitörésnek tulajdonították, beárnyékolta a Chicxulub néven ismert mexikói becsapódási kráter felfedezése, amelyet egy mérföld széles aszteroida hozott létre, amelyről úgy tartják, hogy elsődlegesen felelős a kihalási eseményért. Az elméletek azonban kezdenek közeledni, mivel a fosszilis bizonyítékok azt sugallják, hogy a Föld történetében semmihez nem hasonlítható egy-két ütés: az aszteroida ütközhetett egy olyan bolygóval, amely már most is hatalmas, rendkívül heves vulkánkitörésektől szenved a nyugat-indiai Deccan-csapdákban.

A tudósok azonban még mindig nem tudják – és nem értenek egyet –, hogy az egyes események mennyiben járultak hozzá a tömeges kihaláshoz. Ezért Cox és tanácsadója, Brenhen Keller, a dartmouthi geotudományok adjunktusa és a tanulmány társszerzője úgy döntött, hogy „meglátja, mit kap, ha hagyja, hogy a kód döntsön”.

Modellezési eredmények és vulkáni kényszerítés

Modelljük azt sugallja, hogy a Deccan csapdákból származó éghajlatváltozást megváltoztató gázok beáramlása önmagában elegendő lehet a globális kihalás kiváltásához. A csapdák körülbelül 300 000 évvel a Chicxulub aszteroida előtt robbantak fel. A nagyjából 1 millió éven át tartó kitörések során a Deccan Traps a becslések szerint 10,4 billió tonna szén-dioxidot és 9,3 billió tonna ként pumpált a légkörbe.

„Történelmileg tudtuk, hogy a vulkánok tömeges kihalásokat okozhatnak, de ez az első független becslés az illékony kibocsátásokról, amelyek környezeti hatásaik bizonyítékaiból származnak” – mondta Keller, aki tavaly publikált egy kutatást, amely ötből négy tömeges kihalást kapcsol össze a Földön. Vulkánok.

„Modellünk függetlenül és emberi előítéletek nélkül dolgozta át az adatokat, hogy meghatározza, mennyi szén-dioxidra és kén-dioxidra lenne szükség a geológiai feljegyzésekben látható éghajlati és szénciklus-zavarok előidézéséhez. „Modellünk függetlenül és anélkül dolgozta fel az adatokat. emberi elfogultság a Dekkán vulkanizmus és a K-Pg kihalás közötti kapcsolat meghatározásához” – mondta Keller, aki sokat dolgozott a Dekkán vulkanizmus és a K-Pg kihalás közötti kapcsolat tanulmányozásán. „Ezek a mennyiségek összhangban vannak azzal, amit azt várnánk, hogy a Deccan-csapdákból származó károsanyag-kibocsátásban lesz részünk.”

Aszteroida becsapódása és a modern kontextus

A modell feltárta a szerves szén felhalmozódásának meredek csökkenését az óceán mélyén a Chicxulub becsapódása körül, ami valószínűleg annak volt az eredménye, hogy az aszteroida sok állat- és növényfaj pusztulását okozta. A rekord körülbelül ugyanekkora hőmérséklet-csökkenés nyomait tartalmazza, amelyet nagy mennyiségű kén – egy rövid élettartamú hűtőközeg – okozhatott, amelyet a hatalmas meteorit a levegőbe dobott volna, amikor a kénben gazdag felszínre ütközött. a bolygó azon a részén…

Az aszteroida becsapódása valószínűleg szén-dioxidot és ként is felszabadítana. A modell azonban megállapította, hogy akkoriban egyik gáz kibocsátása sem emelkedett, ami arra utal, hogy az aszteroida hozzájárulása a kihaláshoz nem a gázkibocsátástól függött.

Következtetés: Módszertani innováció és jövőbeli alkalmazások

Cox szerint a modern kontextusban a fosszilis tüzelőanyagok elégetése 2000 és 2023 között évente körülbelül 16 milliárd tonna szén-dioxidot szivattyúzott a légkörbe. Ez 100-szor nagyobb, mint a tudósok által a Deccan-csapdáktól elvárt legmagasabb éves kibocsátási arány. Bár önmagában riasztó, néhány ezer évnek kell eltelnie ahhoz, hogy a jelenlegi szén-dioxid-kibocsátás megfeleljen az ősi vulkánok által kibocsátott teljes mennyiségnek, mondta Cox.

„Ami még biztatóbb, hogy eredményeink fizikailag elfogadhatóak a skálán, ami lenyűgöző, tekintve, hogy a modell technikailag meglehetősen elszabadult volna erősebb előzetes megszorítások nélkül” – mondta.

Cox szerint a processzorok csatlakoztatása hónapokról vagy évekről órákra csökkentette azt az időt, amely alatt a modell egy ilyen hatalmas adathalmazt elemez. Módszere és módszere más földi rendszerek – például az éghajlat vagy a szénkörforgás – modelljeinek megfordítására felhasználható olyan geológiai események értékelésére, amelyek kimenetele jól ismert, de az eseményekhez vezető tényezők nem.

„Ilyen típusú párhuzamos inverziót még soha nem végeztek a földtudományi modellekben. Módszerünk több ezer processzorra skálázható, így sokkal szélesebb megoldási teret biztosítunk a felfedezésre, és teljesen ellenáll az emberi elfogultságnak” – mondta Cox.

„Eddig a mi szakterületünkön dolgozókat jobban lenyűgözte a módszer újszerűsége, mint az eredményeink” – mondta nevetve. „Minden földi rendszer, amelynek hatását, de okát nem ismerjük, kész felborulni. Minél jobban ismerjük a kimeneteket, annál jobban le tudjuk írni azokat a bemeneteket, amelyek ezeket okozták.”

Hivatkozás: „A kibocsátás és az exporttermelékenység bayesi inverziója a kréta időszak végi határain keresztül”, Alexander A. Cox és C. Brynhen Keller, 2023. szeptember 28. Tudományok.
doi: 10.1126/science.adh3875