Kako človeška pristranskost vpliva na zgodovinska razkritja? Da bi pomagali rešiti znanstveno razpravo o tem, ali je dinozavre in večino drugih vrst pred 66 milijoni let izbrisal ogromen asteroid ali vulkanski izbruh, so raziskovalci iz Dartmoutha poskusili z novim pristopom – znanstvenike so odstranili iz razprave in pustili računalnikom, da odločijo.
O izumrtju so odločali računalniki
Raziskovalci v reviji Science poročajo o novi metodi modeliranja, ki jo poganjajo medsebojno povezani procesorji, ki lahko delajo s kopicami geoloških in podnebnih podatkov brez človeškega vnosa. Zadolžili so skoraj 130 procesorjev za analizo fosilnih zapisov v obratni smeri, da bi natančno določili dogodke in razmere, ki so pripeljale do izumrtja v obdobju krede in paleogena (K-Pg), ki je odprlo pot za vzpon sesalcev, vključno s primati, ki bi pripeljali do zgodnjega ljudi.
»Del naše motivacije je bil oceniti to vprašanje brez vnaprej določene hipoteze ali pristranskosti,« je povedal Alex Cox, prvi avtor študije in podiplomski študent na Dartmouthovem oddelku za znanosti o Zemlji. »Večina modelov se premika v smeri naprej. Prilagodili smo model ogljikovega cikla, da deluje v drugo smer, pri čemer smo uporabili učinek za iskanje vzroka s pomočjo statistike, pri čemer smo mu dali le minimalne predhodne informacije, ko je deloval v smeri določenega rezultata. Na koncu ni pomembno, kaj mislimo ali kaj smo mislili prej – model nam pokaže, kako smo prišli do tega, kar vidimo v geološkem zapisu,« je dejal.
Več kot 300 tisoč možnih scenarijev
Model je preučil več kot 300.000 možnih scenarijev emisij ogljikovega dioksida, proizvodnje žveplovega dioksida in biološke produktivnosti v enem milijonu let pred in po izumrtju K-Pg.
S pomočjo vrste strojnega učenja, znanega kot Markov Chain Monte Carlo – kar ni podobno temu, kako pametni telefon predvidi, kaj uporabnik naslednjič vnese – so procesorji neodvisno sodelovali, da bi primerjali, revidirali in preračunavali svoje zaključke, dokler niso dosegli scenarija, se ujema z rezultatom, ohranjenim v fosilnem zapisu.
Geokemični in organski ostanki v fosilnih zapisih jasno prikazujejo katastrofalne razmere med izumrtjem K-Pg, tako imenovanim po geoloških obdobjih na obeh straneh tisočletja dolge kataklizme. Živali in rastline po vsem svetu so utrpele obsežno odmiranje, ko so se prehranjevalni spleti zrušili pod nestabilnim ozračjem, ki je – obremenjeno z žveplom, ki bledi od sonca, minerali v zraku in ogljikovim dioksidom, ki lovijo toploto – divje nihalo iz hladnih v žgoče razmere.
Vzrok izumrtja ni razrešen
Medtem ko je učinek jasen, vzrok izumrtja ni razrešen. Zgodnje teorije, ki so dogodek pripisovale vulkanskim izbruhom, so bile zasenčene z odkritjem udarnega kraterja v Mehiki, znanega kot Chicxulub, ki ga je povzročil kilometre širok asteroid, za katerega zdaj velja, da je odgovoren za izumrtje.
Teorije pa so se začele zbliževati, saj fosilni dokazi kažejo na udarec enega ali dva, kakršnega ni bilo v Zemljini zgodovini: asteroid je morda treščil v planet, ki ga že ovirajo ogromni, izjemno siloviti izbruhi vulkanov v zahodnih indijskih pasteh Deccan.
Toda znanstveniki še vedno ne vedo – niti se ne strinjajo – v kolikšni meri je posamezen dogodek prispeval k množičnemu izumrtju. Tako sta se Cox in njegov svetovalec Brenhin Keller, docent za vede o Zemlji iz Dartmoutha in soavtor študije, odločila, da bosta »videla, kaj bi dobila, če bi pustila kodi odločati«.
Njihov model je nakazal, da bi že samo izlivanje plinov, ki spreminjajo podnebje, iz Deccan Traps v Indiji lahko zadostovalo za sprožitev globalnega izumrtja. Traps je izbruhnil približno 300.000 let pred asteroidom Chicxulub. Ocenjuje se, da so med svojimi skoraj milijon let trajajočimi izbruhi Deccan Traps v ozračje izčrpali do 10,4 bilijona ton ogljikovega dioksida in 9,3 bilijona ton žvepla.
»Zgodovinsko smo vedeli, da lahko vulkani povzročijo množično izumrtje, vendar je to prva neodvisna ocena hlapnih emisij, vzeta iz dokazov o njihovih vplivih na okolje,« je dejal Keller.
»Naš model je obdelal podatke neodvisno in brez človeške pristranskosti, da bi določil količino ogljikovega dioksida in žveplovega dioksida, ki je potrebna za ustvarjanje podnebja in motenj ogljikovega cikla, ki jih vidimo v geološkem zapisu. Izkazalo se je, da so te količine skladne s tem, kar pričakujemo videti v emisijah iz dekanskih pasti,« je dejal Keller, ki je veliko delal na preučevanju povezave med dekanskim vulkanizmom in izumrtjem K-Pg.
Strm padec kopičenja organskega ogljika
Model je razkril strm padec kopičenja organskega ogljika v globokem oceanu v času trka Chicxuluba, kar je verjetno posledica asteroida, ki je povzročil smrt številnih živalskih in rastlinskih vrst. Zapis vsebuje sledi znižanja temperature približno ob istem času, ki bi ga povzročila velika količina žvepla – kratkotrajnega hladilnega sredstva – mamutski meteorit bi izvrgel v zrak, ko bi trčil v žveplo bogato površino na tem območju planeta.
Trk asteroida bi prav tako verjetno izpustil ogljikov in žveplov dioksid. Vendar je model ugotovil, da v tem času ni bilo skoka v emisijah nobenega plina, kar nakazuje, da prispevek asteroida k izumrtju ni odvisen od emisij plinov.
V sodobnem kontekstu, je dejal Cox, je izgorevanje fosilnih goriv od leta 2000 do 2023 v ozračje črpalo približno 16 milijard ton ogljikovega dioksida na leto. To je 100-krat več od najvišje letne stopnje emisij, ki jo znanstveniki načrtujejo iz Deccan Traps. Čeprav je samo po sebi zaskrbljujoče, bi še vedno trajalo nekaj tisoč let, da bi trenutne emisije ogljikovega dioksida ustrezale skupni količini, ki so jo izbruhali starodavni vulkani, je dejal Cox.
»Najbolj razveseljivo je, da so rezultati, ki smo jih dosegli, na splošno fizično verodostojni, kar je impresivno glede na to, da bi lahko model tehnično deloval popolnoma divje brez močnejših predhodnih omejitev,« je dejal Cox.
Povezovanje procesorjev je skrajšalo čas
Medsebojno povezovanje procesorjev je skrajšalo čas, potreben za analizo tako velikega nabora podatkov, z mesecev ali let na ure, je povedal Cox. Njegovo in Kellerjevo metodo je mogoče uporabiti za invertiranje drugih modelov zemeljskih sistemov – kot so tisti za podnebje ali ogljikov cikel – za ovrednotenje geoloških dogodkov, za katere so rezultati dobro znani, ne pa tudi dejavnikov, ki so do njih pripeljali.
»Ta vrsta vzporedne inverzije še ni bila izvedena v modelih znanosti o Zemlji. Našo metodo je mogoče razširiti tako, da vključuje na tisoče procesorjev, kar nam daje veliko širši prostor rešitev za raziskovanje in je precej odporna na človeško pristranskost,« Cox rekel.
»Doslej so bili ljudje na našem področju bolj fascinirani nad novostjo metode kot nad zaključkom, do katerega smo prišli,« se je zasmejal. »Vsak zemeljski sistem, za katerega poznamo učinek, ne pa tudi vzroka, je zrel za inverzijo. Bolje kot poznamo izhod, bolje lahko označimo vnos, ki ga je povzročil.«
Novinar
