Για να βοηθήσουν στην επίλυση της επιστημονικής συζήτησης σχετικά με το αν επρόκειτο για γιγάντιο αστεροειδή ή ηφαιστειακές εκρήξεις που εξαφάνισαν τους δεινόσαυρους και τα περισσότερα άλλα είδη πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές του Dartmouth δοκίμασαν μια νέα προσέγγιση — αφαίρεσαν επιστήμονες από τη συζήτηση και αφήστε τους υπολογιστές να αποφασίσουν.
Οι ερευνητές αναφέρουν στο περιοδικό Science μια νέα μέθοδο μοντελοποίησης που τροφοδοτείται από διασυνδεδεμένους επεξεργαστές που μπορούν να λειτουργήσουν μέσα από δέσμες γεωλογικών και κλιματικών δεδομένων χωρίς ανθρώπινη συμβολή. Ανέθεσαν σε σχεδόν 130 επεξεργαστές να αναλύσουν το αρχείο των απολιθωμάτων αντίστροφα για να εντοπίσουν τα γεγονότα και τις συνθήκες που οδήγησαν στην εξαφάνιση Κρητιδικού-Παλαιογενούς (K-Pg) που άνοιξε το δρόμο για την άνοδο των θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των πρωτευόντων που θα οδηγούσαν σε πρώιμο του ανθρώπου.
«Μέρος του κινήτρου μας ήταν να αξιολογήσουμε αυτήν την ερώτηση χωρίς μια προκαθορισμένη υπόθεση ή μεροληψία», είπε ο Alex Cox, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Επιστημών της Γης του Dartmouth. “Τα περισσότερα μοντέλα κινούνται προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός. Προσαρμόσαμε ένα μοντέλο κύκλου άνθρακα για να τρέχει αντίστροφα, χρησιμοποιώντας το αποτέλεσμα για να βρούμε την αιτία μέσω στατιστικών, δίνοντάς του μόνο τις ελάχιστες προηγούμενες πληροφορίες καθώς λειτούργησε προς ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα.
«Στο τέλος, δεν έχει σημασία τι σκεφτόμαστε ή τι πιστεύαμε προηγουμένως — το μοντέλο μας δείχνει πώς φτάσαμε σε αυτό που βλέπουμε στο γεωλογικό αρχείο», είπε.
Το μοντέλο συνέτριψε περισσότερα από 300.000 πιθανά σενάρια εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, παραγωγής διοξειδίου του θείου και βιολογικής παραγωγικότητας στα 1 εκατομμύριο χρόνια πριν και μετά την εξαφάνιση του K-Pg. Μέσω ενός τύπου μηχανικής μάθησης γνωστό ως Markov Chain Monte Carlo — που δεν μοιάζει με το πώς ένα smartphone προβλέπει τι θα πληκτρολογήσετε στη συνέχεια — οι επεξεργαστές συνεργάστηκαν ανεξάρτητα για να συγκρίνουν, να αναθεωρήσουν και να υπολογίσουν εκ νέου τα συμπεράσματά τους μέχρι να καταλήξουν σε ένα σενάριο ότι ταιριάζει με το αποτέλεσμα που διατηρείται στο αρχείο απολιθωμάτων.
Τα γεωχημικά και οργανικά υπολείμματα στο αρχείο απολιθωμάτων καταγράφουν ξεκάθαρα τις καταστροφικές συνθήκες κατά την εξαφάνιση του K-Pg, που ονομάστηκε έτσι για τις γεωλογικές περιόδους εκατέρωθεν του κατακλυσμού που διαρκεί χιλιετίες. Ζώα και φυτά σε όλο τον κόσμο υπέστησαν τεράστιες νεκρώσεις καθώς οι τροφικοί ιστοί κατέρρευσαν κάτω από μια ασταθή ατμόσφαιρα που — γεμάτη με θείο που στυπώνει τον ήλιο, αιωρούμενα μέταλλα και διοξείδιο του άνθρακα που παγιδεύει τη θερμότητα — ταλαντεύτηκε άγρια από ψυχρές σε καυστικές συνθήκες.
Ενώ το αποτέλεσμα είναι ξεκάθαρο, η αιτία της εξαφάνισης δεν έχει επιλυθεί. Οι πρώτες θεωρίες που αποδίδουν το γεγονός σε ηφαιστειακές εκρήξεις έχουν επισκιαστεί από την ανακάλυψη ενός κρατήρα πρόσκρουσης στο Μεξικό, γνωστού ως Chicxulub, ο οποίος προκλήθηκε από έναν αστεροειδή πλάτους μιλίων που τώρα πιστεύεται ότι είναι ο κύριος υπεύθυνος για το γεγονός εξαφάνισης. Ωστόσο, οι θεωρίες έχουν αρχίσει να συγκλίνουν, καθώς τα απολιθώματα υποδηλώνουν μια γροθιά που δεν μοιάζει με τίποτα στην ιστορία της Γης: Ο αστεροειδής μπορεί να έχει χτυπήσει έναν πλανήτη που ήδη τυλίγει από τις τεράστιες, εξαιρετικά βίαιες εκρήξεις ηφαιστείων στις παγίδες Deccan της δυτικής Ινδίας.
Αλλά οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην γνωρίζουν — ούτε συμφωνούν — τον βαθμό στον οποίο κάθε γεγονός συνέβαλε στη μαζική εξαφάνιση. Έτσι, ο Cox και ο σύμβουλός του Brenhin Keller, επίκουρος καθηγητής επιστημών της γης στο Dartmouth και συν-συγγραφέας της μελέτης, αποφάσισαν να «δουν τι θα έπαιρνες αν αφήσεις τον κώδικα να αποφασίσει».
Το μοντέλο τους πρότεινε ότι η έκχυση αερίων που αλλάζουν το κλίμα από τις παγίδες του Deccan από μόνη της θα μπορούσε να ήταν αρκετή για να πυροδοτήσει την παγκόσμια εξαφάνιση. Οι Παγίδες είχαν εκραγεί για περίπου 300.000 χρόνια πριν από τον αστεροειδή Chicxulub. Κατά τη διάρκεια σχεδόν 1 εκατομμυρίου ετών εκρήξεών τους, οι παγίδες του Deccan εκτιμάται ότι έχουν αντλήσει έως και 10,4 τρισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα και 9,3 τρισεκατομμύρια τόνους θείου στην ατμόσφαιρα.
«Γνωρίζουμε ιστορικά ότι τα ηφαίστεια μπορούν να προκαλέσουν τεράστιες εξαφανίσεις, αλλά αυτή είναι η πρώτη ανεξάρτητη εκτίμηση των πτητικών εκπομπών που λαμβάνονται από τα στοιχεία των περιβαλλοντικών επιπτώσεών τους», είπε ο Κέλερ, ο οποίος δημοσίευσε μια εργασία πέρυσι που συνδέει τέσσερις από τις πέντε μαζικές εξαφανίσεις της Γης με ηφαιστειακά φαινόμενα.
“Το μοντέλο μας εργάστηκε μέσω των δεδομένων ανεξάρτητα και χωρίς ανθρώπινη μεροληψία για να προσδιορίσει την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του θείου που απαιτείται για την παραγωγή του κλίματος και των διαταραχών του κύκλου του άνθρακα που βλέπουμε στο γεωλογικό αρχείο. Αυτές οι ποσότητες αποδείχθηκαν συνεπείς με αυτό που αναμένουμε δείτε στις εκπομπές από τις παγίδες του Ντέκαν», είπε ο Κέλερ, ο οποίος έχει εργαστεί εκτενώς για να εξετάσει τη σχέση μεταξύ του ηφαιστείου του Ντέκαν και της εξαφάνισης του K-Pg.
Το μοντέλο αποκάλυψε μια απότομη πτώση στη συσσώρευση οργανικού άνθρακα στον βαθύ ωκεανό γύρω από την εποχή της πρόσκρουσης του Chicxulub, η οποία πιθανότατα προήλθε από τον αστεροειδή που προκάλεσε τον θάνατο πολλών ζωικών και φυτικών ειδών. Το αρχείο περιέχει ίχνη μείωσης της θερμοκρασίας περίπου την ίδια στιγμή που θα είχε προκληθεί από τη μεγάλη ποσότητα θείου — ένας βραχυπρόθεσμος ψυκτικός παράγοντας — ο μετεωρίτης μαμούθ θα είχε εκτοξευθεί στον αέρα όταν συγκρουόταν με το θείο- πλούσια επιφάνεια σε αυτή την περιοχή του πλανήτη.
Η πρόσκρουση του αστεροειδούς πιθανότατα θα είχε εκπέμψει και άνθρακα και διοξείδιο του θείου. Ωστόσο, το μοντέλο διαπίστωσε ότι δεν υπήρχε αιχμή στις εκπομπές κανενός αερίου εκείνη την εποχή, υποδηλώνοντας ότι η συμβολή του αστεροειδούς στην εξαφάνιση δεν εξαρτάται από τις εκπομπές αερίων.
Στο σύγχρονο πλαίσιο, είπε ο Cox, η καύση ορυκτών καυσίμων από το 2000 έως το 2023 έχει αντλήσει περίπου 16 δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ετησίως. Αυτό είναι 100 φορές μεγαλύτερο από το υψηλότερο ετήσιο ποσοστό εκπομπών που σχεδιάζουν οι επιστήμονες από τις παγίδες Deccan. Αν και από μόνη της είναι ανησυχητική, θα χρειαστούν ακόμα μερικές χιλιάδες χρόνια για να ταιριάξουν οι τρέχουσες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα με τη συνολική ποσότητα που εκτοξεύτηκε από τα αρχαία ηφαίστεια, είπε ο Κοξ.
«Το πιο ενθαρρυντικό είναι ότι τα αποτελέσματα που επιτύχαμε είναι γενικά εύλογα από φυσική άποψη, κάτι που είναι εντυπωσιακό δεδομένου ότι το μοντέλο θα μπορούσε τεχνικά να έχει τρέξει εντελώς άγρια χωρίς ισχυρότερους προηγούμενους περιορισμούς», είπε.
Η διασύνδεση των επεξεργαστών μείωσε τον χρόνο που χρειάστηκε το μοντέλο για να αναλύσει ένα τόσο τεράστιο σύνολο δεδομένων από μήνες ή χρόνια σε ώρες, είπε ο Cox. Η μέθοδος του και του Keller μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντιστροφή άλλων μοντέλων συστημάτων της γης — όπως αυτά για το κλίμα ή τον κύκλο του άνθρακα — για την αξιολόγηση γεωλογικών γεγονότων για τα οποία τα αποτελέσματα είναι καλά γνωστά αλλά όχι οι παράγοντες που οδήγησαν εκεί.
“Αυτός ο τύπος παράλληλης αναστροφής δεν έχει γίνει ξανά σε μοντέλα επιστημών της γης. Η μέθοδός μας μπορεί να κλιμακωθεί ώστε να περιλαμβάνει χιλιάδες επεξεργαστές, γεγονός που μας δίνει έναν πολύ ευρύτερο χώρο λύσεων για εξερεύνηση και είναι αρκετά ανθεκτική στην ανθρώπινη προκατάληψη”, δήλωσε ο Cox είπε.
«Μέχρι στιγμής, οι άνθρωποι στον τομέα μας έχουν γοητευτεί περισσότερο από την καινοτομία της μεθόδου παρά το συμπέρασμα στο οποίο καταλήξαμε», γέλασε. “Οποιοδήποτε σύστημα γης για το οποίο γνωρίζουμε το αποτέλεσμα αλλά όχι την αιτία είναι ώριμο για αντιστροφή. Όσο καλύτερα γνωρίζουμε την έξοδο, τόσο καλύτερα μπορούμε να χαρακτηρίσουμε την είσοδο που την προκάλεσε.”