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Des ordinateurs libres-penseurs ont procédé à une ingénierie inverse des archives fossiles pour identifier les causes d’un cataclysme.
Pour régler le débat de longue date sur la question de savoir si un impact massif d’astéroïdes ou une activité volcanique a causé l’extinction des dinosaures et plus encore. espèces Il y a 66 millions d’années, une équipe du Dartmouth College a adopté une approche innovante : elle a retiré les scientifiques du débat et a laissé les ordinateurs décider.
Rapport des chercheurs dans la revue Science Une nouvelle méthode de modélisation alimentée par des processeurs interconnectés capables de traiter des quantités de données géographiques et climatiques sans intervention humaine. Ils ont utilisé environ 130 processeurs pour effectuer une analyse inverse des archives fossiles afin d’identifier les événements et les conditions. Crétacé-Événement d’extinction du Paléogène (K-Pg), qui a ouvert la voie à l’essor des mammifères, y compris des mammifères, conduisant aux premiers humains.
Une nouvelle perspective sur les événements historiques
« Une partie de notre motivation était d’évaluer cette question sans hypothèse ou parti pris préconçus », a déclaré Alex Cox, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre de Dartmouth. « La plupart des modèles vont de l’avant. Nous avons adapté un modèle du cycle du carbone pour qu’il fonctionne dans l’autre sens, en utilisant l’effet pour trouver la cause à l’aide de statistiques, en fournissant seulement un minimum d’informations préalables lorsque nous travaillons vers un résultat particulier.
« En fin de compte, peu importe ce que nous pensons ou ce que nous pensions auparavant : le modèle nous montre ce que nous voyons dans les archives géologiques », a-t-il déclaré.
Le modèle a analysé plus de 300 000 scénarios possibles d’émissions de dioxyde de carbone, d’émissions de dioxyde de soufre et de productivité biologique au cours du million d’années précédant et suivant l’extinction du K-Pg. Par une catégorie Apprentissage automatique Connu sous le nom de chaîne de Markov Monte Carlo (ce n’est pas comme si un smartphone prédisait ce que vous taperez ensuite), les processeurs ont travaillé ensemble indépendamment pour comparer, itérer et recalculer leurs résultats jusqu’à ce qu’ils atteignent un scénario correspondant aux résultats conservés dans les archives fossiles. .
Identifier les causes de la destruction
Les restes géochimiques et organiques dans les archives fossiles capturent clairement les conditions catastrophiques lors de l’extinction du K-Pg. Les animaux et les plantes du monde entier ont subi des extinctions massives lorsque les réseaux alimentaires se sont effondrés sous une atmosphère instable, riche en soufre qui aspire le soleil, en minéraux aéroportés et en dioxyde de carbone bloquant la chaleur, passant en masse de conditions glaciales à des conditions torrides.
Bien que l’effet soit clair, la cause de la destruction n’est pas résolue. Les premières théories sur la cause des éruptions volcaniques ont été éclipsées par la découverte d’un cratère d’impact au Mexique appelé Chicxulub, causé par un astéroïde d’un kilomètre de large, maintenant considéré comme la principale cause de l’extinction. Cependant, les théories commencent à fusionner alors que les preuves fossiles indiquent un double coup jamais vu dans l’histoire de la Terre : un astéroïde pourrait avoir percuté une planète déjà ébranlée par des éruptions massives et très violentes de volcans dans les pièges du Deccan, dans l’ouest de l’Inde.
Mais les scientifiques ne savent toujours pas – ou ne sont pas d’accord – dans quelle mesure chaque événement a contribué à l’extinction massive. Cox et son conseiller, Brenn Keller, professeur adjoint de géosciences à Dartmouth et co-auteur de l’étude, ont donc décidé de « voir ce que vous obtenez si vous laissez le code décider ».
Résultats de modélisation et impact volcanique
Leur modèle suggérait que la libération de gaz à effet de changement climatique provenant des pièges du Deccan aurait suffi à elle seule à déclencher l’extinction mondiale. Les pièges explosaient environ 300 000 ans avant l’apparition de l’astéroïde Chicxulub. Au cours des éruptions d’environ un million d’années, on estime que les évents du Deccan ont rejeté 10,4 billions de tonnes de dioxyde de carbone et 9,3 billions de tonnes de soufre dans l’atmosphère.
« Historiquement, nous savons que les volcans provoquent des destructions massives, mais il s’agit de la première évaluation indépendante des émissions volatiles provenant des sources de leurs impacts environnementaux », a déclaré Keller, qui a publié l’année dernière un article reliant quatre des cinq extinctions massives de la Terre. Volcan.
« Notre modèle a analysé les données de manière indépendante et sans biais humain pour déterminer la quantité de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre nécessaire pour créer les perturbations du climat et du cycle du carbone que nous observons dans les archives géologiques. Ces quantités sont cohérentes avec ce que nous attendons des émissions du Pièges du Deccan », a déclaré Keller, ajoutant que le K- volcanique du Deccan a beaucoup travaillé pour étudier la relation entre l’extinction du Pg.
Impact d’astéroïde et environnement moderne
Le modèle a révélé une forte baisse de l’accumulation de carbone organique dans les profondeurs océaniques lors de l’impact de Chicxulub, ce qui pourrait avoir été responsable de l’extinction de nombreuses espèces animales et végétales à cause de l’astéroïde. Le dossier contient également des traces d’une baisse de température au moment même où la météorite géante aurait été projetée dans les airs lorsqu’elle heurterait une surface riche en soufre – un agent de refroidissement de courte durée – provoqué par des niveaux élevés de soufre. Dans cette partie de la planète.
L’impact de l’astéroïde aurait éjecté à la fois du carbone et du dioxyde de soufre. Cependant, le modèle n’a trouvé aucun pic dans les émissions de l’un ou l’autre gaz à ce moment-là, ce qui suggère que la contribution de l’astéroïde à l’extinction n’a pas contrôlé les émissions de gaz.
Conclusion : Innovation méthodologique et applications futures
Dans l’environnement moderne, a déclaré Cox, la combustion de combustibles fossiles a rejeté environ 16 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère chaque année entre 2000 et 2023. C’est 100 fois plus élevé que ce que les scientifiques avaient prévu pour le taux d’émission annuel le plus élevé des pièges du Deccan. Bien qu’alarmant en soi, Cox a déclaré qu’il faudrait quelques milliers d’années pour que les émissions actuelles de dioxyde de carbone correspondent à la quantité totale rejetée par les anciens volcans.
« Ce qui est vraiment excitant, c’est que les résultats que nous avons obtenus sont globalement plausibles physiquement, ce qui rend intéressant le fait que le modèle puisse techniquement fonctionner de manière complètement sauvage sans de fortes barrières frontales », a-t-il déclaré.
L’interconnexion des processeurs a réduit le temps nécessaire pour échantillonner et analyser des ensembles de données aussi volumineux de plusieurs mois ou années à quelques heures, a déclaré Cox. Sa méthode et celle de Keller peuvent être utilisées pour inverser les modèles d’autres systèmes terrestres, tels que le climat ou le cycle du carbone : les résultats des événements géologiques sont bien connus, mais pas les facteurs qui y conduisent.
« Ce type d’inversion parallèle n’a jamais été réalisé auparavant dans les modèles des sciences de la Terre. Notre méthode peut s’adapter à des milliers de processeurs, ce qui offre un espace de solutions beaucoup plus large à explorer et est plus résistante aux préjugés humains », a déclaré Cox.
« Jusqu’à présent, les gens dans notre domaine ont été plus impressionnés par la nouveauté de la méthode que par le résultat obtenu », dit-il en riant. « Tout système terrestre est prêt à connaître un renversement, même si nous connaissons ses effets, et non sa cause. Mieux nous connaissons le résultat, mieux nous pouvons caractériser l’entrée qui l’a provoqué.
Remarque : Alexandre A. Cox et C. Brenhin Keller, 28 septembre 2023, « Inversion bayésienne des émissions et productivité des exportations à travers la limite du Crétacé supérieur ». Science.
DOI : 10.1126/science.adh3875