Vulcani o asteroidi? L’intelligenza artificiale mette fine alla polemica sull’estinzione dei dinosauri

I computer liberi di pensare hanno decodificato i reperti fossili per determinare le cause del disastro.

Per affrontare il dibattito di lunga data sulla questione se un massiccio impatto di un asteroide o un’attività vulcanica abbia causato l’estinzione dei dinosauri e di molte altre creature. Classificare 66 milioni di anni fa, un team del Dartmouth College adottò un approccio innovativo, tenendo gli scienziati fuori dal dibattito e lasciando che fossero i computer a decidere.

I ricercatori riferiscono sulla rivista Scienze Un nuovo metodo di modellazione alimentato da processori interconnessi in grado di elaborare set di dati geologici e climatici senza intervento umano. Hanno incaricato circa 130 elaboratori di analizzare a ritroso i reperti fossili per determinare gli eventi e le condizioni che hanno portato a ciò. Periodo Cretaceo– L’estinzione del Paleogene (K–Pg) ha aperto la strada alla nascita dei mammiferi, compresi i primati, che hanno dato origine ai primi esseri umani.

Una nuova prospettiva sugli eventi storici

“Parte della nostra motivazione era quella di valutare questa domanda senza ipotesi o pregiudizi pre-specificati”, ha affermato Alex Cox, primo autore dello studio e studente laureato presso il Dipartimento di Geoscienze di Dartmouth. “La maggior parte dei modelli si muove in una direzione in avanti. Abbiamo adattato il modello del ciclo del carbonio per funzionare nella direzione opposta, utilizzando la forzatura per trovare la causa attraverso le statistiche e fornendo solo informazioni preliminari minime mentre si lavora verso un risultato particolare.”

“Alla fine, non importa cosa pensiamo o cosa pensavamo in precedenza: il modello ci mostra come siamo arrivati ​​a ciò che vediamo nella documentazione geologica”, ha detto.

Il modello ha analizzato più di 300.000 possibili scenari per le emissioni di anidride carbonica, la produzione di anidride solforosa e la produttività biologica nei milioni di anni prima e dopo l’estinzione del K-Pg. Attraverso una specie di Apprendimento automatico Conosciuta come catena di Markov Monte Carlo (non diversamente dal modo in cui uno smartphone prevede ciò che digiterai dopo), i processori hanno lavorato insieme in modo indipendente per confrontare, rivedere e ricalcolare le loro conclusioni finché non hanno fornito uno scenario che corrispondeva al risultato conservato nel file. reperti fossili.

Alla scoperta delle cause dell’estinzione

I resti geochimici e organici nella documentazione fossile mostrano chiaramente le condizioni catastrofiche che si verificarono durante l’estinzione del K-Pg, dal nome dei periodi geologici su entrambi i lati della catastrofe che durò migliaia di anni. Animali e piante in tutto il mondo hanno subito massicce morie a causa del collasso delle reti alimentari mentre un’atmosfera instabile – carica di zolfo che inquina il sole, metalli presenti nell’aria e anidride carbonica che intrappola il calore – oscilla selvaggiamente da condizioni gelide a condizioni torride.

Sebbene l’effetto sia chiaro, la causa dell’estinzione non è stata risolta. Le prime teorie che attribuivano l’evento alle eruzioni vulcaniche furono oscurate dalla scoperta di un cratere da impatto in Messico noto come Chicxulub, creato da un asteroide largo miglia che ora si ritiene sia il principale responsabile dell’evento di estinzione. Tuttavia, le teorie stanno cominciando a convergere, poiché le prove fossili suggeriscono un uno-due diverso da qualsiasi cosa nella storia della Terra: l’asteroide potrebbe essere entrato in collisione con un pianeta già affetto da massicce ed estremamente violente eruzioni vulcaniche nei Trappi del Deccan nell’India occidentale.

Ma gli scienziati ancora non sanno – e non sono d’accordo – quanto ciascun evento abbia contribuito all’estinzione di massa. Così, Cox e il suo consulente Brenhen Keller, assistente professore di geoscienze a Dartmouth e coautore dello studio, hanno deciso di “vedere cosa si ottiene se si lascia decidere al codice”.

Risultati della modellazione e forzante vulcanica

Il loro modello suggerisce che l’afflusso di gas climalteranti provenienti dai Trappi del Deccan da solo potrebbe essere sufficiente a innescare l’estinzione globale. Le trappole esplosero circa 300.000 anni prima dell’asteroide Chicxulub. Si stima che durante i circa 1 milione di anni delle eruzioni, i Trappi del Deccan abbiano pompato nell’atmosfera fino a 10,4 trilioni di tonnellate di anidride carbonica e 9,3 trilioni di tonnellate di zolfo.

“Storicamente sappiamo che i vulcani possono causare estinzioni di massa, ma questa è la prima stima indipendente delle emissioni volatili ricavata dalle prove del loro impatto ambientale”, ha affermato Keller, che lo scorso anno ha pubblicato una ricerca che collega quattro su cinque estinzioni di massa avvenute sulla Terra. Vulcani.

“Il nostro modello ha lavorato sui dati in modo indipendente e senza pregiudizi umani per determinare la quantità di anidride carbonica e di zolfo necessaria per produrre le perturbazioni del clima e del ciclo del carbonio che vediamo nella documentazione geologica. “Il nostro modello ha lavorato sui dati in modo indipendente e senza pregiudizi. pregiudizio umano nel determinare la relazione tra il vulcanismo del Deccan e l’estinzione del K-Pg”, ha affermato Keller, che ha lavorato a lungo per studiare la relazione tra il vulcanismo del Deccan e l’estinzione del K-Pg. “Queste quantità si sono rivelate coerenti con ciò che ci aspetteremmo di vedere emissioni dalle trappole del Deccan”.

Impatto di asteroidi e contesto moderno

Il modello ha rivelato un forte calo dell’accumulo di carbonio organico nelle profondità dell’oceano nel periodo dell’impatto di Chicxulub, che probabilmente fu il risultato dell’asteroide che causò la morte di molte specie animali e vegetali. La documentazione contiene tracce di un calo della temperatura nello stesso periodo che potrebbe essere stato causato da una grande quantità di zolfo – un agente refrigerante di breve durata – che il massiccio meteorite avrebbe lanciato in aria quando colpì la superficie ricca di zolfo. in quella regione del pianeta. .

L’impatto dell’asteroide probabilmente rilascerebbe anche anidride carbonica e zolfo. Tuttavia, il modello ha rilevato che in quel momento non vi era stato alcun aumento delle emissioni di nessuno dei due gas, suggerendo che il contributo dell’asteroide all’estinzione non era dipendente dalle emissioni di gas.

Conclusione: innovazione metodologica e future applicazioni

Nel contesto moderno, ha affermato Cox, la combustione di combustibili fossili dal 2000 al 2023 ha comportato l’immissione nell’atmosfera di circa 16 miliardi di tonnellate di anidride carbonica ogni anno. Questo è 100 volte maggiore del tasso di emissione annuale più alto che gli scienziati si aspettano dalle trappole del Deccan. Anche se di per sé allarmante, ci vorranno alcune migliaia di anni prima che le attuali emissioni di anidride carbonica raggiungano la quantità totale emessa dagli antichi vulcani, ha detto Cox.

“Ciò che è ancora più incoraggiante è che i nostri risultati sono fisicamente plausibili su larga scala, il che è impressionante dato che il modello avrebbe potuto essere tecnicamente fuori controllo senza vincoli precedenti più forti”, ha affermato.

Il collegamento dei processori ha ridotto il tempo necessario al modello per analizzare un set di dati così enorme da mesi o anni a ore, ha affermato Cox. Il suo metodo e il suo metodo di inversione dei modelli di altri sistemi terrestri – come quelli del clima o del ciclo del carbonio – possono essere utilizzati per valutare eventi geologici i cui esiti sono ben noti, ma non i fattori che hanno portato a tali eventi.

“Questo tipo di inversione parallela non è mai stata eseguita prima nei modelli di scienza della Terra. Il nostro metodo può essere adattato a migliaia di processori, offrendoci uno spazio di soluzione molto più ampio da esplorare ed è completamente resistente ai pregiudizi umani”, ha affermato Cox.

“Finora, le persone nel nostro campo sono state più colpite dalla novità del metodo che dal nostro risultato”, ha detto ridendo. “Qualsiasi sistema terrestre di cui conosciamo gli effetti ma non le cause, è pronto a capovolgersi. Meglio conosciamo gli output, meglio possiamo descrivere gli input che li hanno causati.”

Riferimento: “Inversione bayesiana delle emissioni e della produttività delle esportazioni attraverso il confine del Cretaceo finale” di Alexander A. Cox e C. Brynhen Keller, 28 settembre 2023, Scienze.
doi: 10.1126/science.adh3875