Usando um modelo computacional inovador, os cientistas de Dartmouth sugerem que a atividade vulcânica, e não o impacto de um asteróide, foi a principal causa da extinção em massa que encerrou a era dos dinossauros. Esta abordagem inovadora abre novas maneiras de explorar outros fenômenos geológicos.
Computadores de pensamento livre fizeram engenharia reversa do registro fóssil para identificar as causas de um cataclismo.
Para resolver o debate de longa data sobre se um enorme impacto de asteroide ou atividade vulcânica causou a extinção dos dinossauros e muito mais espécies Há 66 milhões de anos, uma equipa do Dartmouth College adoptou uma abordagem inovadora – retirou os cientistas do debate e deixou os computadores decidirem.
Relatório de pesquisadores na revista Ciência Um novo método de modelagem alimentado por processadores interconectados que podem trabalhar com grandes quantidades de dados geográficos e climáticos sem intervenção humana. Eles usaram aproximadamente 130 processadores para analisar reversamente o registro fóssil para identificar eventos e condições. Cretáceo-Evento de extinção do Paleógeno (K-Pg), que abriu caminho para o surgimento de mamíferos, incluindo mamíferos, levando aos primeiros humanos.
Uma nova perspectiva sobre eventos históricos
“Parte da nossa motivação foi avaliar esta questão sem hipóteses ou preconceitos preconcebidos”, disse Alex Cox, o primeiro autor do estudo e estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra de Dartmouth. “A maioria dos modelos avança. Adaptámos um modelo do ciclo do carbono para funcionar no sentido inverso, usando o efeito para encontrar a causa através de estatísticas, fornecendo apenas informações prévias mínimas quando trabalhamos para um resultado específico.
“No final, não importa o que pensamos ou o que pensávamos antes – o modelo mostra-nos o que vemos no registo geológico”, disse ele.
O modelo analisou mais de 300.000 cenários possíveis de emissões de dióxido de carbono, emissões de dióxido de enxofre e produtividade biológica ao longo de 1 milhão de anos antes e depois da extinção K-Pg. Por uma categoria Aprendizado de máquina Conhecida como cadeia de Markov Monte Carlo – não é como se um smartphone previsse o que você digitará a seguir – os processadores trabalharam juntos de forma independente para comparar, iterar e recalcular seus resultados até chegarem a um cenário que correspondesse aos resultados preservados no registro fóssil. .
Identificando as causas da destruição
Os restos geoquímicos e orgânicos no registo fóssil capturam claramente as condições catastróficas durante a extinção do K-Pg. Animais e plantas em todo o mundo sofreram extinções em massa à medida que as cadeias alimentares colapsavam sob uma atmosfera instável – rica em enxofre que suga o sol, minerais transportados pelo ar e dióxido de carbono que bloqueia o calor – passando em massa de condições frias para condições escaldantes.
Embora o efeito seja claro, a causa da destruição não foi resolvida. As primeiras teorias sobre a causa das erupções vulcânicas foram eclipsadas pela descoberta de uma cratera de impacto no México chamada Chicxulub, causada por um asteróide com um quilómetro de largura, agora considerado a principal causa do evento de extinção. No entanto, as teorias estão a começar a fundir-se à medida que as evidências fósseis apontam para um golpe duplo nunca visto na história da Terra: um asteróide pode ter atingido um planeta que já se recuperava de erupções massivas e altamente violentas de vulcões nas armadilhas de Deccan, no oeste da Índia.
Mas os cientistas ainda não sabem — ou concordam — até que ponto cada evento contribuiu para a extinção em massa. Então Cox e seu conselheiro, Brenn Keller, professor assistente de geociências em Dartmouth e coautor do estudo, decidiram “ver o que você ganha se deixar o código decidir”.
Resultados de modelagem e impacto vulcânico
O seu modelo sugeria que a libertação de gases que alteram o clima provenientes das armadilhas do Deccan, por si só, teria sido suficiente para desencadear a extinção global. As armadilhas explodiram cerca de 300 mil anos antes do aparecimento do asteróide Chicxulub. Durante os cerca de 1 milhão de anos de erupções, estima-se que as fontes do Deccan tenham libertado 10,4 biliões de toneladas de dióxido de carbono e 9,3 biliões de toneladas de enxofre na atmosfera.
“Historicamente, sabemos que os vulcões causam destruição em massa, mas esta é a primeira avaliação independente das emissões voláteis retirada das fontes dos seus impactos ambientais”, disse Keller, que no ano passado publicou um artigo ligando quatro das cinco extinções em massa da Terra. Vulcão
“Nosso modelo trabalhou com os dados de forma independente e sem preconceito humano para determinar a quantidade de dióxido de carbono e dióxido de enxofre necessária para criar as perturbações climáticas e do ciclo do carbono que vemos no registro geológico. Essas quantidades são consistentes com o que esperamos nas emissões do Armadilhas Deccan”, disse Keller, acrescentando que o vulcânico Deccan K- que trabalhou extensivamente para estudar a relação entre a extinção de Pg.
Impacto de asteróides e o ambiente moderno
O modelo revelou uma queda acentuada na acumulação de carbono orgânico nas profundezas do oceano durante o impacto de Chicxulub, que pode ter sido responsável pela extinção de inúmeras espécies animais e vegetais devido ao asteróide. O registro também contém vestígios de uma queda de temperatura ao mesmo tempo em que o gigantesco meteorito teria sido lançado ao ar ao atingir uma superfície rica em enxofre – um agente de resfriamento de curta duração – causado por altos níveis de enxofre. Naquela parte do planeta.
O impacto do asteróide teria ejetado dióxido de carbono e enxofre. No entanto, o modelo não encontrou nenhum aumento nas emissões de nenhum dos gases naquela altura, sugerindo que a contribuição do asteróide para a extinção não controlou as emissões de gases.
Conclusão: Inovação metodológica e aplicações futuras
No ambiente moderno, disse Cox, a queima de combustíveis fósseis bombeou cerca de 16 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono para a atmosfera anualmente entre 2000 e 2023. Isso é 100 vezes maior do que o que os cientistas projetaram para a maior taxa anual de emissões das Armadilhas de Deccan. Embora seja alarmante por si só, Cox disse que serão necessários alguns milhares de anos para que as actuais emissões de dióxido de carbono correspondam à quantidade total libertada por vulcões antigos.
“O que é realmente emocionante é que os resultados que alcançamos são amplamente plausíveis fisicamente, tornando interessante que o modelo possa funcionar tecnicamente de forma totalmente selvagem, sem fortes barreiras frontais”, disse ele.
A interconexão de processadores reduziu o tempo necessário para coletar amostras e analisar esses grandes conjuntos de dados, de meses ou anos para horas, disse Cox. O método dele e de Keller pode ser usado para inverter modelos de outros sistemas terrestres, como o clima ou o ciclo do carbono – os resultados dos eventos geológicos são bem conhecidos, mas não os fatores que levam a eles.
“Este tipo de inversão paralela não foi feita antes em modelos de ciências da Terra. Nosso método pode ser dimensionado para incluir milhares de processadores, o que fornece um espaço de solução muito mais amplo para explorar e é mais resistente ao preconceito humano”, disse Cox.
“Até agora, as pessoas da nossa área ficaram mais impressionadas com a novidade do método do que com o resultado que alcançamos”, ele ri. “Qualquer sistema terrestre está pronto para ser revertido, embora conheçamos o seu efeito, não a sua causa. Quanto melhor conhecermos o resultado, melhor poderemos caracterizar o input que o causou.
Nota: Alexandre A. Cox e C. Brenhin Keller, 28 de setembro de 2023, “Inversão Bayesiana de emissões e produtividade de exportação através da fronteira do Cretáceo Superior”. Ciência.
DOI: 10.1126/science.adh3875
