Computadoras de libre pensamiento aplicaron ingeniería inversa al registro fósil para identificar las causas de un cataclismo.

Para 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 que pueden trabajar con una gran cantidad de datos geológicos y climáticos sin intervención humana. Encargaron a unos 130 procesadores que analizaran el registro fósil a la inversa para identificar los eventos y condiciones que llevaron al Cretáceo–Evento de extinción del Paleógeno (K–Pg) que allanó el camino para el surgimiento 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 una hipótesis o sesgo predeterminado», 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 avanzan. Adaptamos un modelo del ciclo del carbono para que funcione a la inversa, utilizando el efecto para encontrar la causa a través de estadísticas, brindándole solo información básica mínima mientras trabaja para lograr un resultado específico.

«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 en el millón de años antes y después de la extinción K-Pg. A través de un tipo de aprendizaje automático Conocida como Cadena de Markov Monte Carlo (que no se diferencia de cómo 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 llegaron a un escenario que coincide con el resultado conservado en el registro fósil.

Descubriendo las causas de la extinción

Los restos geoquímicos y orgánicos en el registro fósil capturan claramente las condiciones catastróficas durante la extinción K-Pg, llamada así por los períodos geológicos a ambos lados del cataclismo de milenios de duración. 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 bloqueaba el sol, minerales en el aire y dióxido de carbono que atrapaba el calor, oscilaba violentamente desde condiciones gélidas hasta condiciones abrasadoras.

Aunque el efecto es claro, la causa de la extinción no está resuelta. Las primeras teorías que atribuyeban el evento a erupciones volcánicas fueron eclipsadas por el descubrimiento de un cráter de impacto en México conocido como Chicxulub, que fue causado por un asteroide de un kilómetro de ancho que ahora se considera el principal responsable del evento de extinción. Sin embargo, las teorías han comenzado a converger, ya que la evidencia fósil sugiere un doble golpe como ningún otro en la historia de la Tierra: el asteroide puede haber golpeado un planeta que ya se estaba recuperando de las erupciones masivas y extremadamente violentas de los volcanes en las trampas del Deccan, en el oeste de la India.

Pero los científicos aún no saben (ni están 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 sugería que el derrame de gases que alteran el clima procedente de las trampas del Deccan podría haber sido suficiente para desencadenar la extinción global. Las Trampas entraron en erupción unos 300.000 años antes que el asteroide Chicxulub. Durante sus casi 1 millón de años de erupciones, se estima que las trampas del Deccan bombearon hasta 10,4 mil millones de toneladas de dióxido de carbono y 9,3 mil millones 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 extraída de la evidencia de sus efectos ambientales», dijo Keller, quien publicó un artículo el año pasado vinculando cuatro de las cinco extinciones masivas de la Tierra con el vulcanismo.

“Nuestro modelo trabajó con 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. Estos valores resultaron ser consistentes con lo que esperamos ver en 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 caída en la acumulación de carbono orgánico en las profundidades del océano en el momento del impacto de Chicxulub, que probablemente fue el resultado de que el asteroide provocó la desaparición de numerosas especies animales y vegetales. El registro contiene rastros de un descenso de temperatura aproximadamente al mismo tiempo que habría sido provocado por la gran cantidad de azufre -agente refrescante de corta duración- que el gigantesco meteorito habría expulsado al aire al chocar con el azufre. -superficie rica. en esa zona del planeta.

El impacto del asteroide probablemente también habría emitido 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 bombeó alrededor de 16 mil millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera por año. Esto es 100 veces mayor que el diseño de los científicos con la tasa de emisión anual más alta de las trampas del Deccan. Si bien es alarmante en sí mismo, todavía se necesitarían algunos miles de años para que las emisiones actuales de dióxido de carbono igualen la cantidad total arrojada por los volcanes antiguos, dijo Cox.

«Lo más emocionante es que los resultados que logramos son físicamente plausibles en términos generales, 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 que le tomó al modelo analizar un conjunto de datos tan grande de meses o años a horas, dijo Cox. Su método y el de Keller podrían usarse para invertir otros modelos del sistema terrestre, como los del clima o el ciclo del carbono. – evaluar fenómenos geológicos cuyos resultados son bien conocidos, pero no los factores que los provocaron.

“Este tipo de inversión paralela nunca antes se había realizado 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 más amplio para explorar y es bastante resistente al sesgo humano”, dijo Cox.

«Hasta ahora, los profesionales de nuestro campo estaban 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 lo largo de la frontera del Cretácico tardío” por Alexander A. Cox y C. Brenhin Keller, 28 de septiembre de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adh3875