Computadoras librepensadoras han aplicado ingeniería inversa al registro fósil para identificar las causas de un cataclismo.

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 muchos otros. especies Hace 66 millones de años, un equipo del Dartmouth College adoptó un enfoque innovador: sacaron a los científicos del debate y dejaron que las computadoras decidieran.

Los investigadores informan en la revista. Ciencia un nuevo método de modelado impulsado por procesadores interconectados capaces de procesar cantidades de datos geológicos y climáticos sin intervención humana. Encargaron a casi 130 procesadores que analizaran el registro fósil a la inversa para identificar los eventos y condiciones que llevaron al descubrimiento de fósiles. Cretáceo–Evento de extinción del Paleógeno (K–Pg) que allanó el camino para la ascendencia de los mamíferos, incluidos los primates, que conduciría a los primeros humanos.

Una nueva perspectiva sobre los acontecimientos históricos.

«Parte de nuestra motivación fue evaluar esta cuestión sin suposiciones ni sesgos predeterminados», dijo Alex Cox, primer autor del estudio y estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra de Dartmouth. “La mayoría de los modelos apuntan al futuro. Adaptamos un modelo del ciclo del carbono para que funcionara al revés, usando el efecto para encontrar la causa usando estadísticas, dándole solo el mínimo de información previa mientras avanzaba 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 de emisiones de dióxido de carbono, producción de dióxido de azufre y productividad biológica durante el millón de años antes y después de la extinción del K-Pg. Gracias a un tipo de aprendizaje automático Conocida como Markov Chain Monte Carlo, no muy diferente a la forma en que un teléfono inteligente predice lo que vas a escribir a continuación, los procesadores trabajaron juntos de forma independiente para comparar, revisar y recalcular sus conclusiones hasta llegar a un escenario que corresponde al resultado conservado en el fósil. registro. .

Descubre las causas de la extinción.

Los restos geoquímicos y orgánicos del registro fósil capturan claramente las condiciones catastróficas que ocurrieron durante la extinción K-Pg, llamada así en referencia a los períodos geológicos a ambos lados del cataclismo milenario. Los animales y las plantas de todo el mundo sufrieron mortandades masivas a medida que las redes alimentarias colapsaron bajo una atmósfera inestable que, cargada de azufre que bloquea el sol, minerales en el aire y calor de dióxido de carbono que atrapa, oscila violentamente entre condiciones heladas y abrasadoras.

Aunque el efecto es claro, la causa de la extinción aún no está 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, causado por un asteroide de kilómetros de ancho, que ahora se cree que es el principal responsable de la extinción. Sin embargo, las teorías han comenzado a converger, ya que la evidencia fósil sugiere un doble golpe sin precedentes en la historia de la Tierra: el asteroide puede haber chocado contra un planeta que ya se estaba recuperando de las erupciones masivas y extremadamente violentas de los volcanes Deccan Traps, en el oeste de la India.

Pero los científicos aún no saben –o no se ponen de acuerdo– en qué medida cada evento contribuyó a la extinción masiva. Entonces Cox y su asesor Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra en Dartmouth y coautor del estudio, decidieron «ver qué obtendrías si dejaras que el código decidiera».

Resultados de modelización e impacto volcánico.

Su modelo sugirió que la liberación de gases que alteran el clima desde las trampas del Deccan podría haber sido suficiente para desencadenar la extinción global. Las Trampas habían estado en erupción durante unos 300.000 años antes del asteroide Chicxulub. Se estima que durante sus erupciones de casi un millón de años, 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 sabemos que los volcanes pueden causar extinciones masivas, pero esta es la primera estimación independiente de emisiones volátiles basada en evidencia de sus efectos ambientales», dijo Keller, quien publicó un artículo el año pasado vinculando cuatro de las cinco extinciones masivas de la Tierra fueron causadas por el vulcanismo. .

“Nuestro modelo analizó los datos de forma independiente y sin prejuicios humanos para determinar la cantidad de dióxido de carbono y dióxido de azufre necesarios para producir las alteraciones del clima y del ciclo del carbono que vemos en el registro geológico. Estas cantidades resultaron ser consistentes con lo que esperamos de las emisiones de las trampas del Deccan”, dijo Keller, quien ha trabajado extensamente para examinar el vínculo entre el vulcanismo del Deccan y la extinción del K-Pg.

Impacto de asteroide y contexto moderno

El modelo reveló una fuerte disminución en la acumulación de carbono orgánico en las profundidades del océano en el momento del impacto de Chicxulub, probablemente debido al hecho de que el asteroide provocó la desaparición de muchas especies animales y vegetales. El registro contiene evidencia de una caída de temperatura aproximadamente al mismo tiempo que se cree que fue causada por la gran cantidad de azufre -un agente refrescante a corto plazo- que el gigantesco meteorito habría expulsado al aire al chocar con el azufre. -superficie rica. en esta zona del planeta.

El impacto del asteroide probablemente también habría liberado dióxido de carbono y dióxido de azufre. Sin embargo, el modelo reveló que no hubo un pico 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 liberó alrededor de 16 mil millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera por año. Esto es 100 veces mayor que la tasa de emisión anual más alta predicha por los científicos para las trampas del Deccan. Si bien es alarmante en sí mismo, se necesitarían algunos miles de años más para que las emisiones actuales de dióxido de carbono alcancen la cantidad total liberada por los volcanes antiguos, dijo Cox.

«Lo más alentador es que los resultados que obtuvimos son en general físicamente plausibles, lo cual es impresionante dado que técnicamente el modelo podría haber funcionado completamente sin restricciones previas más fuertes», dijo.

La interconexión de los procesadores redujo el tiempo necesario para que el modelo analice un conjunto de datos tan masivo de meses o años a horas, dijo Cox. Su método y el de Keller pueden utilizarse para invertir otros modelos de sistemas terrestres, como los del clima o el ciclo del carbono, para evaluar eventos geológicos cuyos resultados son bien conocidos pero no los factores que los provocaron.

“Este tipo de inversión paralela nunca antes se había logrado en modelos de ciencias de la Tierra. Nuestro método se puede ampliar para incluir miles de procesadores, lo que nos brinda un espacio de solución mucho mayor para explorar, y es bastante resistente al sesgo humano”, dijo Cox.

«Hasta ahora, los profesionales de nuestro campo están más fascinados por la novedad del método que por la conclusión a la que llegamos», se ríe. “Cualquier sistema terrestre del que conozcamos el efecto pero no la causa está listo para revertirse. Cuanto mejor conozcamos el resultado, mejor podremos caracterizar el insumo que lo causó.

Referencia: “Una inversión bayesiana para las emisiones y la productividad de las exportaciones a través de la frontera del final del Cretácico” por Alexander A. Cox y C. Brenhin Keller, 28 de septiembre de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adh3875