¿Volcanes o asteroides? La inteligencia artificial pone fin a la polémica sobre el evento de extinción de los dinosaurios

Computadoras de libre pensamiento aplicaron ingeniería inversa al registro fósil para determinar las causas del desastre.

Abordar el debate de larga data sobre si el impacto masivo de un asteroide o la actividad volcánica causaron la extinción de los dinosaurios y muchas otras criaturas. Clasificar Hace 66 millones de años, un equipo del Dartmouth College adoptó un enfoque innovador, manteniendo a los científicos fuera del debate y dejando que las computadoras decidieran.

Los investigadores informan en la revista. Ciencias Un nuevo método de modelado impulsado por procesadores interconectados que pueden trabajar con conjuntos de datos geológicos y climáticos sin intervención humana. Encargaron a aproximadamente 130 procesadores que analizaran el registro fósil hacia atrás para determinar los eventos y condiciones que condujeron a esto. período cretáceo– La extinción del Paleógeno (K–Pg) allanó el camino para el surgimiento de los mamíferos, incluidos los primates que dieron origen a los primeros humanos.

Una nueva perspectiva sobre los acontecimientos históricos.

«Parte de nuestra motivación fue evaluar esta cuestión sin una hipótesis o sesgo preespecificado», dijo Alex Cox, primer autor del estudio y estudiante de posgrado en el Departamento de Geociencias de Dartmouth. «La mayoría de los modelos avanzan en una dirección hacia adelante. Hemos adaptado el modelo del ciclo del carbono para que funcione en la otra dirección, utilizando la fuerza para encontrar la causa a través de estadísticas y dándole sólo una mínima información previa mientras trabaja hacia un resultado particular».

«Al final, no importa lo que pensemos o lo que pensábamos anteriormente: el modelo nos muestra cómo llegamos a lo que vemos en el registro geológico», dijo.

El modelo analizó más de 300.000 escenarios posibles para las emisiones de dióxido de carbono, la producción de dióxido de azufre y la productividad biológica en los millones de años anteriores y posteriores a la extinción del K-Pg. A través de una especie de Aprendizaje automático Conocida como cadena de Markov Monte Carlo, no muy diferente a la forma en que un teléfono inteligente predice lo que escribirás a continuación, los procesadores trabajaron juntos de forma independiente para comparar, revisar y recalcular sus conclusiones hasta que dieron con un escenario que coincidía con el resultado conservado en el registro fósil.

Descubriendo las causas de la extinción

Los restos geoquímicos y orgánicos en el registro fósil muestran claramente las condiciones catastróficas que ocurrieron durante la extinción K-Pg, llamada así por los períodos geológicos a ambos lados de la catástrofe que duró miles de años. Los animales y las plantas de todo el mundo han sufrido mortandades masivas a medida que las redes alimentarias colapsan a medida que una atmósfera inestable (cargada de azufre que contamina el sol, metales en el aire y dióxido de carbono que atrapa el calor) oscila violentamente desde condiciones heladas hasta condiciones abrasadoras.

Si bien el efecto es claro, la causa de la extinción no ha sido resuelta. Las primeras teorías que atribuyeban el evento a erupciones volcánicas se vieron eclipsadas por el descubrimiento de un cráter de impacto en México conocido como Chicxulub que fue creado por un asteroide de millas de ancho que ahora se cree que es el principal responsable del evento de extinción. Sin embargo, las teorías están comenzando a converger, ya que la evidencia fósil sugiere un doble golpe como ningún otro en la historia de la Tierra: el asteroide puede haber chocado con un planeta que ya sufre erupciones volcánicas masivas y extremadamente violentas en las trampas del Deccan en el oeste de la India.

Pero los científicos aún no saben (y no están de acuerdo) en qué medida contribuyó cada evento a la extinción masiva. Entonces, Cox y su asesor Brenhen Keller, profesor asistente de geociencias en Dartmouth y coautor del estudio, decidieron «ver qué obtienes si dejas que el código decida».

Resultados de modelización e impacto volcánico.

Su modelo sugiere que la afluencia de gases que cambian el clima desde las trampas del Deccan podría ser suficiente por sí sola para desencadenar la extinción global. Las trampas explotaron aproximadamente 300.000 años antes que el asteroide Chicxulub. Durante aproximadamente 1 millón de años de erupciones, se estima que las trampas del Deccan bombearon hasta 10,4 billones de toneladas de dióxido de carbono y 9,3 billones de toneladas de azufre a la atmósfera.

«Históricamente hemos sabido que los volcanes pueden causar extinciones masivas, pero esta es la primera estimación independiente de emisiones volátiles extraída de la evidencia de sus impactos ambientales», dijo Keller, quien publicó una investigación el año pasado que vincula cuatro de cinco extinciones masivas en la Tierra. Volcanes.

«Nuestro modelo trabajó con los datos de forma independiente y sin prejuicios humanos para determinar cuánto dióxido de carbono y dióxido de azufre se necesitarían para producir las perturbaciones climáticas y del ciclo del carbono que vemos en el registro geológico. «Estamos viendo muchos datos, » dijo Keller, quien ha trabajado extensamente para estudiar la relación entre el vulcanismo del Deccan y la extinción del K-Pg. «Estas cantidades resultaron ser consistentes con lo que esperaríamos ver en las emisiones de las trampas del Deccan».

Impacto de asteroide y contexto moderno

El modelo ha revelado una fuerte disminución en la acumulación de carbono orgánico en las profundidades del océano en la época del impacto de Chicxulub, que probablemente fue el resultado de que el asteroide causó la desaparición de muchas especies animales y vegetales. El registro contiene rastros de un descenso de la temperatura aproximadamente al mismo tiempo que podría haber sido causado por una gran cantidad de azufre -un agente refrigerante de corta duración- que el enorme meteorito habría arrojado al aire al chocar contra la superficie rica en azufre. en esa región del planeta.

El impacto del asteroide probablemente también liberaría dióxido de carbono y azufre. Sin embargo, el modelo encontró que no hubo aumento en las emisiones de ninguno de los gases en ese momento, lo que sugiere que la contribución del asteroide a la extinción no dependió de las emisiones de gases.

Conclusión: Innovación metodológica y aplicaciones futuras.

En el contexto moderno, dijo Cox, la quema de combustibles fósiles entre 2000 y 2023 resultó en alrededor de 16 mil millones de toneladas de dióxido de carbono que se bombearon a la atmósfera anualmente. Esto es 100 veces mayor que la tasa de emisión anual más alta que los científicos esperan de las trampas del Deccan. Aunque es alarmante en sí mismo, se necesitarán algunos miles de años para que las emisiones actuales de dióxido de carbono igualen la cantidad total emitida por los volcanes antiguos, dijo Cox.

«Lo que es aún más alentador es que nuestros resultados son físicamente plausibles a escala, lo cual es impresionante dado que el modelo podría haber sido técnicamente desbocado sin restricciones previas más fuertes», dijo.

La conexión de los procesadores ha acortado el tiempo que le toma al modelo analizar un conjunto de datos tan grande de meses o años a horas, dijo Cox. Su método y su método de inversión de modelos de otros sistemas terrestres, como los del clima o el ciclo del carbono, pueden usarse para evaluar eventos geológicos cuyos resultados son bien conocidos, pero no los factores que llevaron a esos eventos.

«Este tipo de inversión paralela nunca antes se había realizado en modelos de ciencias de la Tierra. Nuestro método se puede escalar a miles de procesadores, lo que nos brinda un espacio de solución mucho más amplio para explorar, y es completamente resistente al sesgo humano», dijo Cox.

«Hasta ahora, los profesionales de nuestro campo han quedado más impresionados por la novedad del método que por nuestro resultado», afirma riendo. «Cualquier sistema terrestre cuyo efecto, pero no su causa, conozcamos, está a punto de volcarse. Cuanto mejor conozcamos sus resultados, mejor podremos describir las entradas que los causaron».

Referencia: “Inversión bayesiana de emisiones y productividad de las exportaciones a través de la frontera del Cretácico final” por Alexander A. Cox y C. Brynhen Keller, 28 de septiembre de 2023, Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.adh3875