Os cientistas de Dartmouth usaram um modelo computacional inovador para sugerir 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 pioneira abre novos horizontes para a investigação de outros eventos geológicos.
Computadores de pensamento livre fizeram engenharia reversa do registro fóssil para determinar as causas do desastre.
Para abordar o debate de longa data sobre se um enorme impacto de asteróide ou atividade vulcânica causou a extinção de dinossauros e muitas outras criaturas. Classificar Há 66 milhões de anos, uma equipa do Dartmouth College adoptou uma abordagem inovadora, mantendo os cientistas fora do debate e deixando os computadores decidirem.
Pesquisadores relatam na revista Ciências Um novo método de modelagem alimentado por processadores interconectados que podem trabalhar através de conjuntos de dados geológicos e climáticos sem intervenção humana. Eles contrataram aproximadamente 130 processadores para analisar o registro fóssil de trás para frente para determinar os eventos e condições que levaram a isso. período Cretáceo– O evento de extinção do Paleógeno (K – Pg) abriu caminho para o surgimento de mamíferos, incluindo primatas que deram origem aos primeiros humanos.
Uma nova perspectiva sobre eventos históricos
“Parte da nossa motivação foi avaliar esta questão sem uma hipótese ou preconceito pré-especificado”, disse Alex Cox, primeiro autor do estudo e estudante de pós-graduação no Departamento de Geociências de Dartmouth. “A maioria dos modelos avança. Adaptámos o modelo do ciclo do carbono para funcionar na outra direção, usando a força para encontrar a causa através de estatísticas e fornecendo-lhe apenas informações prévias mínimas à medida que trabalha para um resultado específico.”
“No final, não importa o que pensamos ou o que pensávamos anteriormente – o modelo mostra-nos como chegámos ao que vemos no registo geológico”, disse ele.
O modelo analisou mais de 300.000 cenários possíveis para emissões de dióxido de carbono, produção de dióxido de enxofre e produtividade biológica nos milhões de anos antes e depois da extinção K-Pg. Através de uma espécie de Aprendizado de máquina Conhecida como cadeia de Markov Monte Carlo – não muito diferente da forma como um smartphone prevê o que você digitará em seguida – os processadores trabalharam juntos de forma independente para comparar, revisar e recalcular suas conclusões até chegarem a um cenário que correspondesse ao resultado preservado no registro fóssil.
Descobrindo as causas da extinção
Restos geoquímicos e orgânicos no registo fóssil mostram claramente as condições catastróficas que ocorreram durante a extinção K-Pg, nomeada em homenagem aos períodos geológicos de ambos os lados da catástrofe que durou milhares de anos. Animais e plantas em todo o mundo têm sofrido mortes massivas à medida que as cadeias alimentares entram em colapso, à medida que uma atmosfera instável – carregada de enxofre que polui o sol, metais transportados pelo ar e dióxido de carbono que retém o calor – oscila descontroladamente entre condições congelantes e escaldantes.
Embora o efeito seja claro, a causa da extinção não foi resolvida. As primeiras teorias que atribuíam o evento a erupções vulcânicas foram ofuscadas pela descoberta de uma cratera de impacto no México conhecida como Chicxulub, criada por um asteróide com quilômetros de largura que agora se acredita ser o principal responsável pelo evento de extinção. No entanto, as teorias estão a começar a convergir, à medida que as evidências fósseis sugerem um golpe duplo diferente de tudo na história da Terra: o asteróide pode ter colidido com um planeta que já sofria de erupções vulcânicas massivas e extremamente violentas nas armadilhas de Deccan, no oeste da Índia.
Mas os cientistas ainda não sabem — e não concordam — quanto cada evento contribuiu para a extinção em massa. Assim, Cox e seu orientador Brenhen 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 forçamento vulcânico
O seu modelo sugere que o influxo de gases que alteram o clima provenientes das Armadilhas de Deccan, por si só, poderia ser suficiente para desencadear a extinção global. As armadilhas explodiram aproximadamente 300 mil anos antes do asteróide Chicxulub. Durante os cerca de 1 milhão de anos de erupções, estima-se que as Armadilhas de Deccan tenham bombeado até 10,4 biliões de toneladas de dióxido de carbono e 9,3 biliões de toneladas de enxofre para a atmosfera.
“Sabemos historicamente que os vulcões podem causar extinções em massa, mas esta é a primeira estimativa independente de emissões voláteis extraída de evidências dos seus impactos ambientais”, disse Keller, que publicou uma investigação no ano passado que liga quatro em cada cinco extinções em massa na Terra. Vulcões.
“Nosso modelo trabalhou com os dados de forma independente e sem preconceito humano para determinar quanto dióxido de carbono e dióxido de enxofre seriam necessários para produzir as perturbações climáticas e do ciclo do carbono que vemos no registro geológico. “Nosso modelo trabalhou com os dados de forma independente e sem preconceito humano para determinar a relação entre o vulcanismo do Deccan e a extinção do K-Pg”, disse Keller, que trabalhou extensivamente para estudar a relação entre o vulcanismo do Deccan e a extinção do K-Pg. “Essas quantidades acabaram sendo consistentes com o que esperaríamos ver nas emissões das armadilhas Deccan.”
Impacto de asteróide e contexto moderno
O modelo revelou um declínio acentuado na acumulação de carbono orgânico nas profundezas do oceano por volta da época do impacto de Chicxulub, que foi provavelmente o resultado do asteróide ter causado o desaparecimento de muitas espécies animais e vegetais. O registro contém vestígios de uma queda na temperatura na mesma época que poderia ter sido causada por uma grande quantidade de enxofre – um agente de resfriamento de curta duração – que o enorme meteorito teria lançado no ar quando atingiu a superfície rica em enxofre. naquela região do planeta.
O impacto do asteróide provavelmente também libertaria dióxido de carbono e enxofre. No entanto, o modelo descobriu que não houve aumento nas emissões de nenhum dos gases naquela altura, sugerindo que a contribuição do asteróide para a extinção não dependia das emissões de gases.
Conclusão: Inovação metodológica e aplicações futuras
No contexto moderno, disse Cox, a queima de combustíveis fósseis entre 2000 e 2023 resultou no lançamento anual de cerca de 16 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono na atmosfera. Isto é 100 vezes maior do que a taxa de emissão anual mais elevada que os cientistas esperam das armadilhas do Deccan. Embora seja alarmante por si só, serão necessários alguns milhares de anos para que as atuais emissões de dióxido de carbono correspondam à quantidade total emitida por vulcões antigos, disse Cox.
“O que é ainda mais encorajador é que os nossos resultados são fisicamente plausíveis em escala, o que é impressionante, dado que o modelo poderia ter sido tecnicamente descontrolado sem restrições anteriores mais fortes”, disse ele.
A conexão dos processadores reduziu o tempo que o modelo leva para analisar um conjunto de dados tão grande, de meses ou anos para horas, disse Cox. O seu método e o seu método de inverter modelos de outros sistemas terrestres – como os do clima ou do ciclo do carbono – podem ser usados para avaliar eventos geológicos cujos resultados são bem conhecidos, mas não os factores que levaram a esses eventos.
“Este tipo de inversão paralela nunca foi feito em modelos de ciências da Terra antes. Nosso método pode ser dimensionado para milhares de processadores, dando-nos um espaço de solução muito mais amplo para explorar, e é completamente 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 nosso resultado”, disse ele rindo. “Qualquer sistema terrestre cujo efeito, mas não a sua causa, conhecemos, está pronto para virar. Quanto melhor conhecermos os resultados, melhor poderemos descrever os inputs que os causaram.”
Referência: “Inversão Bayesiana de emissões e produtividade de exportação através da fronteira do Fim-Cretáceo” por Alexander A. Cox e C. Brynhen Keller, 28 de setembro de 2023, Ciências.
doi: 10.1126/science.adh3875
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