Vulkanen of asteroïde? Kunstmatige intelligentie maakt een einde aan de controverse over het uitsterven van dinosauriërs

Vrijdenkende computers hebben het fossielenbestand reverse-engineered om de oorzaken van de ramp te achterhalen.

Om het al lang bestaande debat aan te pakken over de vraag of een enorme asteroïde-inslag of vulkanische activiteit het uitsterven van dinosauriërs en vele andere wezens heeft veroorzaakt. Classificeren 66 miljoen jaar geleden koos een team van het Dartmouth College voor een innovatieve aanpak, waarbij wetenschappers buiten het debat werden gehouden en computers moesten beslissen.

Onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Wetenschappen Een nieuwe modelleringsmethode die wordt aangedreven door onderling verbonden processors die zonder menselijke tussenkomst door sets van geologische en klimaatgegevens kunnen werken. Ze gaven ongeveer 130 processors de opdracht om het fossielenbestand achterstevoren te analyseren om de gebeurtenissen en omstandigheden te bepalen die daartoe hebben geleid. Krijt-tijdperk– Het uitsterven van het Paleogeen (K-Pg) maakte de weg vrij voor de opkomst van zoogdieren, waaronder primaten die aanleiding gaven tot de eerste mensen.

Een nieuwe kijk op historische gebeurtenissen

“Een deel van onze motivatie was om deze vraag te evalueren zonder een vooraf gespecificeerde hypothese of vooringenomenheid”, zegt Alex Cox, eerste auteur van het onderzoek en een afgestudeerde student aan de afdeling Geowetenschappen van Dartmouth. “De meeste modellen gaan in de voorwaartse richting. We hebben het koolstofcyclusmodel aangepast om in de andere richting te werken, door middel van forceren om via statistieken de oorzaak te vinden, en het slechts minimale voorafgaande informatie te geven terwijl het naar een bepaald resultaat toewerkt.”

“Uiteindelijk maakt het niet uit wat we denken of wat we eerder dachten – het model laat ons zien hoe we zijn gekomen tot wat we in het geologische record zien”, zei hij.

Het model analyseerde meer dan 300.000 mogelijke scenario’s voor de uitstoot van kooldioxide, de productie van zwaveldioxide en de biologische productiviteit in de miljoen jaar vóór en na het uitsterven van K-Pg. Door soort van Machinaal leren Bekend als een Markov-keten Monte Carlo – vergelijkbaar met de manier waarop een smartphone voorspelt wat je vervolgens gaat typen – werkten de processors onafhankelijk samen om hun conclusies te vergelijken, te herzien en opnieuw te berekenen totdat ze met een scenario kwamen dat overeenkwam met het resultaat dat was bewaard in de fossielen record.

Het ontdekken van de oorzaken van uitsterven

Geochemische en organische overblijfselen in het fossielenarchief laten duidelijk de catastrofale omstandigheden zien die plaatsvonden tijdens het uitsterven van K-Pg, genoemd naar de geologische perioden aan weerszijden van de catastrofe die duizenden jaren duurde. Dieren en planten over de hele wereld zijn massaal uitgestorven doordat voedselwebben instorten terwijl een onstabiele atmosfeer – beladen met zonvervuilende zwavel, metalen in de lucht en hittevasthoudende koolstofdioxide – wild omslaat van vrieskou naar verzengende omstandigheden.

Hoewel het effect duidelijk is, is de oorzaak van het uitsterven nog niet opgelost. Vroege theorieën die de gebeurtenis aan vulkaanuitbarstingen toeschreven, werden overschaduwd door de ontdekking van een inslagkrater in Mexico, bekend als Chicxulub, die werd gecreëerd door een kilometers brede asteroïde waarvan nu wordt aangenomen dat deze primair verantwoordelijk is voor het uitsterven. De theorieën beginnen echter dichter bij elkaar te komen, omdat fossiel bewijs suggereert dat er sprake is van een een-tweetje dat anders is dan wat dan ook in de geschiedenis van de aarde: de asteroïde is mogelijk in botsing gekomen met een planeet die al te lijden heeft onder enorme, extreem gewelddadige vulkaanuitbarstingen in de Deccan Traps in West-India.

Maar wetenschappers weten nog steeds niet – en zijn het er niet mee eens – hoeveel elke gebeurtenis heeft bijgedragen aan de massale uitsterving. Cox en zijn adviseur Brenhen Keller, assistent-professor in de geowetenschappen aan Dartmouth en co-auteur van het onderzoek, besloten daarom om ’te kijken wat je krijgt als je de code laat beslissen’.

Modelleringsresultaten en vulkanische forcering

Hun model suggereert dat de instroom van klimaatveranderende gassen uit de Deccan Traps alleen al voldoende zou kunnen zijn om het mondiale uitsterven te veroorzaken. De vallen explodeerden ongeveer 300.000 jaar vóór de asteroïde Chicxulub. Gedurende de ongeveer 1 miljoen jaar van uitbarstingen hebben de Deccan Traps naar schatting 10,4 biljoen ton kooldioxide en 9,3 biljoen ton zwavel in de atmosfeer gepompt.

“We weten historisch gezien dat vulkanen massa-uitstervingen kunnen veroorzaken, maar dit is de eerste onafhankelijke schatting van vluchtige emissies op basis van bewijs van hun impact op het milieu”, zegt Keller, die vorig jaar onderzoek publiceerde waarin vier van de vijf massale uitstervingen op aarde met elkaar in verband werden gebracht. Vulkanen.

“Ons model heeft de gegevens onafhankelijk en zonder menselijke vooringenomenheid doorgenomen om te bepalen hoeveel koolstofdioxide en zwaveldioxide nodig zou zijn om de verstoringen van het klimaat en de koolstofcyclus te veroorzaken die we in de geologische gegevens zien. “Ons model heeft de gegevens onafhankelijk en zonder menselijke vooringenomenheid om de relatie tussen het Deccan-vulkanisme en het uitsterven van K-Pg te bepalen”, zegt Keller, die uitgebreid heeft gewerkt aan het bestuderen van de relatie tussen het Deccan-vulkanisme en het uitsterven van K-Pg. “Deze hoeveelheden bleken consistent te zijn met wat wat we zouden verwachten in de uitstoot van Deccan-vallen.”

Asteroïde-impact en moderne context

Het model heeft een scherpe afname van de accumulatie van organische koolstof in de diepe oceaan onthuld rond de tijd van de Chicxulub-inslag, wat waarschijnlijk het gevolg was van het feit dat de asteroïde de ondergang van veel dier- en plantensoorten veroorzaakte. Het record bevat sporen van een temperatuurdaling rond dezelfde tijd die veroorzaakt zou kunnen zijn door een grote hoeveelheid zwavel – een kortlevend koelmiddel – die de enorme meteoriet in de lucht zou hebben gegooid toen deze het zwavelrijke oppervlak trof. in dat deel van de planeet.

Bij de inslag van de asteroïde zou waarschijnlijk zowel koolstofdioxide als zwavel vrijkomen. Uit het model bleek echter dat er op dat moment geen stijging was in de uitstoot van beide gassen, wat erop wijst dat de bijdrage van de asteroïde aan het uitsterven niet afhankelijk was van de uitstoot van gassen.

Conclusie: Methodologische innovatie en toekomstige toepassingen

In de moderne context, zei Cox, resulteerde het verbranden van fossiele brandstoffen tussen 2000 en 2023 erin dat jaarlijks ongeveer 16 miljard ton kooldioxide in de atmosfeer werd gepompt. Dit is 100 keer groter dan de hoogste jaarlijkse emissiesnelheid die wetenschappers van de Deccan-vallen verwachten. Hoewel het op zichzelf alarmerend is, zal het een paar duizend jaar duren voordat de huidige CO2-uitstoot gelijk is aan de totale hoeveelheid die door oude vulkanen wordt uitgestoten, zei Cox.

“Wat nog bemoedigender is, is dat onze resultaten op grote schaal fysiek plausibel zijn, wat indrukwekkend is gezien het feit dat het model technisch gezien behoorlijk op hol had kunnen slaan zonder sterkere voorafgaande beperkingen”, zei hij.

Door de processors met elkaar te verbinden, is de tijd die het model nodig heeft om zo’n enorme dataset te analyseren, verkort van maanden of jaren naar uren, zei Cox. Zijn methode en zijn methode om modellen van andere aardse systemen om te keren – zoals die van het klimaat of de koolstofcyclus – kunnen worden gebruikt om geologische gebeurtenissen te evalueren waarvan de uitkomsten welbekend zijn, maar niet de factoren die tot die gebeurtenissen hebben geleid.

“Dit soort parallelle inversie is nog nooit eerder in aardwetenschappelijke modellen gedaan. Onze methode kan worden opgeschaald naar duizenden processors, waardoor we een veel bredere oplossingsruimte krijgen om te verkennen, en is volledig bestand tegen menselijke vooroordelen”, aldus Cox.

“Tot nu toe zijn mensen in ons vakgebied meer onder de indruk van de nieuwigheid van de methode dan van ons resultaat”, zei hij lachend. “Elk systeem op aarde waarvan we het effect maar niet de oorzaak kennen, staat op het punt te kapseizen. Hoe beter we de output kennen, hoe beter we de input kunnen beschrijven die deze veroorzaakte.”

Referentie: “Bayesiaanse inversie van emissies en exportproductiviteit over de grens van het eind-Krijt” door Alexander A. Cox en C. Brynhen Keller, 28 september 2023, Wetenschappen.
doi: 10.1126/science.adh3875