Da bi pomogli u rešavanju naučne debate o tome da li je to bio džinovski asteroid ili vulkanske erupcije koje su uništile dinosauruse i većinu drugih vrsta pre 66 miliona godina, istraživači iz Dartmuta su pokušali sa novim pristupom – uklonili su naučnike iz debate i pustili kompjuterima da odlučuju.
Istraživači izvještavaju o novom metodu modeliranja koji pokreću međusobno povezani procesori koji mogu raditi kroz niz geoloških i klimatskih podataka bez ljudskog unosa. Rad, „Bajesova inverzija za emisije i izvoznu produktivnost preko granice krajnje krede“, objavio je Science 29. septembra.
Zadužili su skoro 130 procesora da analiziraju fosilne zapise u obrnutom smeru kako bi precizno odredili događaje i uslove koji su doveli do izumiranja iz perioda krede-paleogena (K-Pg) koji je otvorio put usponu sisara, uključujući primate koji bi doveli do ranog ljudi .
„Deo naše motivacije bio je da procenimo ovo pitanje bez unapred određene hipoteze ili pristrasnosti“, rekao je Aleks Koks, prvi autor studije i diplomirani student na Odeljenju za nauke o Zemlji u Dartmutu. „Većina modela se kreće u pravcu unapred. Prilagodili smo model ciklusa ugljenika da radi u suprotnom smeru, koristeći efekat da pronađemo uzrok kroz statistiku, dajući mu samo minimum prethodnih informacija dok je radio ka određenom ishodu.
„Na kraju, nije važno šta mislimo ili šta smo ranije mislili – model nam pokazuje kako smo došli do onoga što vidimo u geološkom zapisu“, rekao je on.
Model je razabrao više od 300.000 mogućih scenarija emisije ugljen-dioksida, proizvodnje sumpor-dioksida i biološke produktivnosti u milion godina pre i posle izumiranja K-Pg. Putem vrste mašinskog učenja poznatog kao Markov Chain Monte Carlo – što nije različito od načina na koji pametni telefon predviđa šta ćete sledeće kucati – procesori su radili zajedno nezavisno kako bi uporedili, revidirali i ponovo izračunali svoje zaključke dok nisu došli do scenarija koji odgovara ishod sačuvan u fosilnom zapisu.
Geohemijski i organski ostaci u fosilnom zapisu jasno pokazuju katastrofalne uslove tokom izumiranja K–Pg, nazvanog tako po geološkim periodima sa obe strane milenijumske kataklizme.
Životinje i biljke širom sveta pretrpele su masovno izumiranje jer su se mreže ishrane urušile pod nestabilnom atmosferom koja je – opterećena sumporom koji upija sunce, mineralima u vazduhu i ugljen-dioksidom koji zadržava toplotu – divlje ljuljala od hladnih do užarenih uslova.
Iako je efekat jasan, uzrok izumiranja je nerešen. Rane teorije koje su ovaj događaj pripisivale vulkanskim erupcijama pomračene su otkrićem udarnog kratera u Meksiku poznatog kao Čiksulub koji je uzrokovan miljama širokim asteroidom koji se sada smatra prvenstveno odgovornim za izumiranje. Teorije su, međutim, počele da se približavaju, pošto fosilni dokazi sugerišu udarac jedan-dva za razliku od bilo čega u istoriji Zemlje: asteroid je možda udario u planetu koja se već potresla od masivnih, izuzetno nasilnih erupcija vulkana u zamkama Dekana u zapadnoj Indiji.
Ali naučnici još uvek ne znaju – niti se slažu oko toga – u kojoj meri je svaki događaj doprineo masovnom izumiranju. Dakle, Koks i njegov savetnik Brenhin Keler, docent za nauke o Zemlji i koautor studije u Dartmutu, odlučili su da „vide šta biste dobili ako dozvolite da kodeks odluči“.
Njihov model je sugerisao da je samo izlivanje gasova koji menjaju klimu iz Dekanskih zamki moglo biti dovoljno da izazove globalno izumiranje. Zamke su eruptirale otprilike 300.000 godina pre asteroida Čiksulub. Procenjuje se da su tokom svojih skoro milion godina erupcija, Dekanske zamke ispumpale do 10,4 triliona tona ugljen-dioksida i 9,3 triliona tona sumpora u atmosferu.
„Istorijski smo znali da vulkani mogu izazvati masovna izumiranja, ali ovo je prva nezavisna procena isparljivih emisija uzeta iz dokaza njihovog uticaja na životnu sredinu“, rekao je Keler, koji je prošle godine objavio rad koji povezuje četiri od pet masovnih izumiranja Zemlje sa vulkanizam.
„Naš model je radio kroz podatke nezavisno i bez ljudske pristrasnosti kako bi odredio količinu ugljen-dioksida i sumpor-dioksida koja je potrebna za stvaranje poremećaja klime i ciklusa ugljenika koje vidimo u geološkom zapisu. Ispostavilo se da su ove količine u skladu sa onim što očekujemo da videti u emisijama iz Dekanskih zamki“, rekao je Keler, koji je intenzivno radio na ispitivanju veze između vulkanizma Dekana i izumiranja K-Pg.
Model je otkrio nagli pad akumulacije organskog ugljenika u dubokom okeanu u vreme udara Čiksulub, koji je verovatno bio rezultat asteroida koji je izazvao propast brojnih životinjskih i biljnih vrsta. Zapis sadrži tragove smanjenja temperature otprilike u isto vreme koje bi bilo uzrokovano velikom količinom sumpora – kratkotrajnog rashladnog sredstva – mamutski meteorit bi izbačen u vazduh kada se sudario sa površinom bogatom sumporom na tom području planete.
Udar asteroida bi takođe verovatno emitovao i ugljenik i sumpor dioksid. Međutim, model je otkrio da u to vreme nije bilo naglog porasta emisija nijednog gasa, što sugeriše da doprinos asteroida izumiranju nije zavisio od emisije gasa.
U savremenom kontekstu, rekao je Koks, sagorevanje fosilnih goriva od 2000. do 2023. godine ispumpa oko 16 milijardi tona ugljen-dioksida u atmosferu godišnje. Ovo je 100 puta veće od najveće godišnje stope emisije koju naučnici projektuju iz Deccan Traps-a. Iako je samo po sebi alarmantno, ipak bi bilo potrebno nekoliko hiljada godina da trenutne emisije ugljen-dioksida budu jednake ukupnoj količini koja je izbačena iz drevnih vulkana, rekao je Koks.
„Najviše ohrabruje to što su rezultati koje smo postigli uglavnom fizički verodostojni, što je impresivno s obzirom na to da je model tehnički mogao da potpuno podivlja bez jačih prethodnih ograničenja“, rekao je on.
Međusobno povezivanje procesora skratilo je vreme potrebno modelu da analizira tako ogroman skup podataka od meseci ili godina do sati, rekao je Koks. Njegova i Kelerova metoda mogu se koristiti za invertovanje drugih modela Zemljinih sistema — kao što su oni za klimu ili ciklus ugljenika — za procenu geoloških događaja za koje su rezultati dobro poznati, ali ne i faktori koji su doveli do toga.
„Ova vrsta paralelne inverzije ranije nije rađena u modelima nauke o Zemlji. Naš metod se može proširiti tako da uključi hiljade procesora, što nam daje mnogo širi prostor za istraživanje i prilično je otporan na ljudsku pristrasnost“, Koks rekao.
„Do sada su ljudi u našoj oblasti bili više fascinirani novinom metode nego zaključkom do kojeg smo došli“, nasmejao se on. „Svaki zemaljski sistem za koji znamo efekat, ali ne i uzrok, zreo je za inverziju. Što bolje znamo izlaz, to smo bolje u stanju da okarakterišemo ulaz koji ga je izazvao.
