研究消除了恐龍滅絕爭論中的人類偏見。信用:uux.cn/Pixabay/CC0公共領域
（神秘的地球uux.cn）據達特茅斯學院：為了幫助解決關於6600萬年前是一顆巨大的小行星還是火山爆發導致恐龍和大多數其他物種滅絕的科學辯論，達特茅斯的研究人員嚐試了一種新方法——他們讓科學家遠離辯論，讓計算機來決定。
研究人員報告了一種由互連處理器驅動的新建模方法，該方法可以在沒有人類輸入的情況下處理大量地質和氣候數據。這篇題為“白堊紀末期排放和出口生產率的貝葉斯反演”的論文發表在9月29日的《科學》雜誌上。
他們讓近130名處理器反向分析化石記錄，以查明導致白堊紀-古近紀(K-Pg)滅絕事件的事件和條件，該事件為哺乳動物的進化掃清了道路，包括導致早期人類的靈長類動物。
“我們的部分動機是不帶預設假設或偏見地評估這個問題，”該研究的第一作者、達特茅斯大學地球科學係的研究生亞曆克斯·考克斯說。“大多數模型都是向前發展的。我們修改了一個碳循環模型，以另一種方式運行，通過統計使用效果來尋找原因，在它朝著特定結果發展時，隻給它最少的先驗信息。
“最終，我們怎麽想或者我們之前怎麽想都沒關係——這個模型向我們展示了我們是如何得到我們在地質記錄中看到的東西的，”他說。
該模型分析了K–Pg滅絕前後100萬年中二氧化碳排放、二氧化硫排放和生物生產力的30多萬種可能情景。通過一種被稱為馬爾可夫鏈蒙特卡羅的機器學習——這與智能手機預測你接下來會鍵入什麽沒有什麽不同——處理器獨立地合作，比較、修改和重新計算他們的結論，直到他們達成與化石記錄中保存的結果相匹配的場景。
化石記錄中的地球化學和有機殘留物清楚地捕捉到了K–Pg滅絕期間的災難性條件，這是為長達千年的大災難兩側的地質時期而命名的。
隨著食物網在不穩定的大氣下崩潰，世界各地的動物和植物都遭受了大規模的死亡，這種不穩定的大氣充滿了吸收陽光的硫、空氣中的礦物質和吸熱的二氧化碳，從寒冷到炎熱的條件下劇烈波動。
雖然效果很明顯，但滅絕的原因仍未解決。早期將該事件歸因於火山爆發的理論已經被墨西哥被稱為Chicxulub的撞擊坑的發現所掩蓋，該撞擊坑是由一顆直徑數英裏的小行星造成的，現在被認為是滅絕事件的主要原因。然而，這些理論已經開始趨同，因為化石證據表明，這是一次不同於地球曆史上任何一次的組合拳:小行星可能已經撞上了一顆已經受到西印度德幹火山群大規模、極其猛烈的火山爆發影響的行星。
但是科學家仍然不知道——也不同意——每個事件在多大程度上導致了大滅絕。因此，考克斯和他的顧問布倫欣·凱勒(Dartmouth Earth sciences的助理教授和該研究的合著者)決定“看看如果讓代碼來決定，你會得到什麽。”
他們的模型表明，僅德幹阱中釋放的改變氣候的氣體就足以引發全球物種滅絕。在希克蘇魯伯小行星之前，這些陷阱已經爆發了大約30萬年。在近100萬年的噴發中，據估計，德幹陷阱向大氣中排放了10.4萬億噸二氧化碳和9.3萬億噸硫。
“曆史上我們已經知道火山會導致大規模滅絕，但這是第一次從環境影響的證據中獨立估計揮發性排放，”凱勒說，他去年發表了一篇論文，將地球上五次大規模滅絕中的四次與火山活動聯係起來。
“我們的模型獨立處理數據，沒有人為偏見，以確定產生我們在地質記錄中看到的氣候和碳循環中斷所需的二氧化碳和二氧化硫的量。這些數量證明與我們預期的德幹陷阱排放物一致，”凱勒說，他廣泛研究了德幹火山活動和K–Pg滅絕之間的聯係。
該模型確實揭示了希克蘇魯伯撞擊前後深海中有機碳積累的急劇下降，這可能是小行星導致眾多動物和植物物種滅絕的結果。該記錄包含了大約同一時間溫度下降的痕跡，這可能是由大量的硫(一種短期冷卻劑)引起的，當這顆巨大的隕石與地球上富含硫的表麵相撞時，它可能會噴射到空中。
小行星撞擊也可能釋放出碳和二氧化硫。然而，該模型發現，當時這兩種氣體的排放都沒有出現峰值，這表明小行星對滅絕的貢獻與氣體排放無關。
考克斯說，在現代背景下，從2000年到2023年，化石燃料的燃燒每年向大氣中排放約160億噸二氧化碳。這比科學家們預測的德幹陷阱最高年排放率高出100倍。考克斯說，盡管這本身就令人擔憂，但仍需要幾千年的時間，目前的二氧化碳排放量才能與古代火山噴發的總量相當。
“最令人振奮的是，我們取得的結果在物理上基本合理，這令人印象深刻，因為如果沒有更強的事先約束，該模型在技術上可能完全失控，”他說。
考克斯說，互連處理器將模型分析如此龐大數據集的時間從幾個月或幾年縮短到幾個小時。他和凱勒的方法可以用來反演其他地球係統模型，如氣候或碳循環模型，以評估結果眾所周知的地質事件，但不是導致這些事件的因素。
“這種並行反演以前從未在地球科學模型中進行過。我們的方法可以擴展到包括數千個處理器，這給了我們一個更廣闊的解決方案空間來探索，並且它很難受到人類偏見的影響，”考克斯說。
“到目前為止，我們領域的人對這種方法的新穎性比對我們得出的結論更感興趣，”他笑著說。“任何我們知道結果但不知道原因的地球係統都適合於反演。我們對輸出了解得越多，我們就越能更好地描述導致輸出的輸入。