باستخدام نموذج حاسوبي مبتكر، يقترح علماء دارتموث أن النشاط البركاني، وليس تأثير الكويكبات، كان السبب الرئيسي للانقراض الجماعي الذي أنهى عصر الديناصورات. يفتح هذا النهج الرائد طرقًا جديدة لاستكشاف الظواهر الجيولوجية الأخرى.
قامت أجهزة الكمبيوتر ذات التفكير الحر بهندسة عكسية للسجل الأحفوري لتحديد أسباب الكارثة.
لتسوية الجدل الطويل الأمد حول ما إذا كان تأثير كويكب ضخم أو نشاط بركاني هو السبب في انقراض الديناصورات والمزيد صِنف قبل 66 مليون سنة، اتبع فريق من كلية دارتموث نهجًا مبتكرًا، حيث أبعدوا العلماء عن النقاش وتركوا لأجهزة الكمبيوتر القرار.
تقرير الباحثين في المجلة علوم طريقة جديدة للنمذجة مدعومة بمعالجات مترابطة يمكنها العمل من خلال مجموعات من البيانات الجغرافية والمناخية دون تدخل بشري. واستخدموا ما يقرب من 130 معالجًا للتحليل العكسي للسجل الأحفوري لتحديد الأحداث والظروف. العصر الطباشيري– حدث انقراض الباليوجين (K-Pg)، الذي مهد الطريق لظهور الثدييات، بما في ذلك الثدييات، مما أدى إلى ظهور الإنسان المبكر.
منظور جديد للأحداث التاريخية
قال أليكس كوكس، المؤلف الأول للدراسة وطالب دراسات عليا في قسم علوم الأرض في دارتموث: “كان جزءًا من دوافعنا هو تقييم هذا السؤال دون فرضيات أو تحيزات مسبقة”. “معظم النماذج تتحرك للأمام. لقد قمنا بتكييف نموذج دورة الكربون ليعمل في الاتجاه الآخر، وذلك باستخدام التأثير لاستنتاج السبب إحصائيًا وتوفير الحد الأدنى فقط من المعلومات المسبقة عند العمل نحو نتيجة معينة.
وقال: “في النهاية، لا يهم ما نفكر فيه أو ما فكرنا فيه من قبل، فالنموذج يوضح لنا ما نراه في السجل الجيولوجي”.
قام النموذج بتحليل أكثر من 300000 سيناريو محتمل لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت، والإنتاجية البيولوجية على مدى مليون سنة قبل وبعد انقراض K-Pg. حسب الفئة التعلم الالي المعروفة باسم سلسلة ماركوف مونت كارلو – ليس الأمر كما لو أن الهاتف الذكي يتنبأ بما ستكتبه بعد ذلك – فقد عملت المعالجات معًا بشكل مستقل لمقارنة نتائجها وتكرارها وإعادة حسابها حتى وصلوا إلى سيناريو يطابق النتائج المحفوظة في السجل الأحفوري. .
تحديد أسباب الدمار
تُظهر البقايا الجيوكيميائية والعضوية في السجل الأحفوري بوضوح الظروف الكارثية التي حدثت أثناء انقراض K-Pg. عانت الحيوانات والنباتات في جميع أنحاء العالم من انقراضات هائلة مع انهيار شبكات الغذاء في ظل جو غير مستقر – غني بالكبريت الذي يمتص الشمس، والمعادن المحمولة جوا، وثاني أكسيد الكربون الذي يحجب الحرارة – وتحولت بشكل جماعي من الظروف شديدة البرودة إلى الظروف الحارقة.
وعلى الرغم من أن التأثير واضح، إلا أن سبب التدمير لم يتم حله. لقد طغت النظريات المبكرة لسبب الانفجارات البركانية من خلال اكتشاف حفرة تصادمية في المكسيك تسمى تشيككسولوب، ناجمة عن كويكب يبلغ عرضه ميلًا يُعتقد الآن أنه السبب الرئيسي لحدث الانقراض. ومع ذلك، بدأت النظريات تتجمع، حيث تشير الأدلة الأحفورية إلى ضربة مزدوجة لم نشهدها في تاريخ الأرض: ربما يكون كويكب قد اصطدم بكوكب يعاني بالفعل من انفجارات براكين ضخمة وعنيفة للغاية في منطقة ديكان ترابس في غرب الهند.
لكن العلماء ما زالوا لا يعرفون – أو يتفقون – إلى أي مدى ساهم كل حدث في الانقراض الجماعي. لذلك قرر كوكس ومستشاره برين كيلر، وهو أستاذ مساعد في علوم الأرض بجامعة دارتموث ومؤلف مشارك في الدراسة، “رؤية ما ستحصل عليه إذا تركت الكود يقرر”.
نتائج النمذجة والتأثير البركاني
ويشير نموذجهم إلى أن إطلاق الغازات المتغيرة للمناخ من مصائد ديكان وحده كان كافياً لإثارة الانقراض العالمي. وكانت الفخاخ تنفجر قبل حوالي 300 ألف سنة من ظهور كويكب تشيككسولوب. خلال ما يقرب من مليون سنة من الانفجارات، تشير التقديرات إلى أن فتحات ديكان أطلقت 10.4 تريليون طن من ثاني أكسيد الكربون و9.3 تريليون طن من الكبريت في الغلاف الجوي.
وقال كيلر، الذي نشر العام الماضي بحثاً يربط بين أربعة من خمس حالات الانقراض الجماعي على الأرض: “من الناحية التاريخية، عرفنا أن البراكين تسبب دماراً شاملاً، لكن هذا هو أول تقييم مستقل للانبعاثات المتطايرة المأخوذة من مصادر آثارها البيئية”. بركان.
“لقد عمل نموذجنا من خلال البيانات بشكل مستقل ودون تحيز بشري لتحديد كمية ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت اللازمة لخلق المناخ واضطرابات دورة الكربون التي نراها في السجل الجيولوجي. وتتوافق هذه الكميات مع ما نتوقعه في الانبعاثات من “فخاخ ديكان” ، قال كيلر ، مضيفًا أن ديكان البركاني K- الذي عمل على نطاق واسع لدراسة العلاقة بين انقراض Pg.
تأثير الكويكب والبيئة الحديثة
وكشف النموذج عن انخفاض حاد في تراكم الكربون العضوي في أعماق المحيط أثناء تأثير تشيككسولوب، والذي ربما كان مسؤولاً عن انقراض العديد من الأنواع الحيوانية والنباتية بسبب الكويكب. يحتوي السجل أيضًا على آثار انخفاض في درجة الحرارة في نفس الوقت الذي تم فيه إلقاء النيزك العملاق في الهواء عندما اصطدم بسطح غني بالكبريت – وهو عامل تبريد قصير العمر – بسبب مستويات عالية من الكبريت. في ذلك الجزء من الكوكب.
كان من الممكن أن يؤدي اصطدام الكويكب إلى إطلاق كل من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. ومع ذلك، لم يجد النموذج أي ارتفاع في انبعاثات أي من الغازين في ذلك الوقت، مما يشير إلى أن مساهمة الكويكب في الانقراض لم تتحكم في انبعاثات الغاز.
الخاتمة: الابتكار المنهجي والتطبيقات المستقبلية
وقال كوكس إنه في البيئة الحديثة، أدى حرق الوقود الأحفوري إلى ضخ نحو 16 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي سنويا من عام 2000 إلى عام 2023. وهذا أعلى 100 مرة مما توقعه العلماء لأعلى معدل انبعاث سنوي من مصائد ديكان. ورغم أن الأمر مثير للقلق في حد ذاته، إلا أن كوكس قال إن الأمر سيستغرق بضعة آلاف من السنين حتى تتطابق انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الحالية مع الكمية الإجمالية المنبعثة من البراكين القديمة.
وقال: “الأمر المثير حقًا هو أن النتائج التي حققناها معقولة من الناحية المادية على نطاق واسع، مما يجعل من المثير للاهتمام أن النموذج يمكن أن يعمل بشكل جامح من الناحية الفنية دون حواجز أمامية قوية”.
وقال كوكس إن المعالجات المترابطة قلصت الوقت الذي يستغرقه أخذ عينات وتحليل مجموعات البيانات الكبيرة هذه من أشهر أو سنوات إلى ساعات. يمكن استخدام طريقته وطريقة كيلر لعكس نماذج أنظمة الأرض الأخرى، مثل المناخ أو دورة الكربون، فنتائج الأحداث الجيولوجية معروفة جيدًا، ولكن ليس العوامل التي تؤدي إليها.
وقال كوكس: “لم يتم تنفيذ هذا النوع من الانعكاس الموازي من قبل في نماذج علوم الأرض. يمكن أن تتسع طريقتنا لتشمل آلاف المعالجات، مما يوفر مساحة حل أوسع بكثير للاستكشاف، وأكثر مقاومة للتحيز البشري”.
ويضحك قائلاً: “حتى الآن، كان الأشخاص في مجالنا منبهرين بحداثة الطريقة أكثر من إعجابهم بالنتيجة التي حققناها”. “إن أي نظام أرضي جاهز للانعكاس، على الرغم من أننا نعرف تأثيره، وليس سببه. وكلما عرفنا المخرجات بشكل أفضل، كلما تمكنا من توصيف المدخلات التي تسببت في ذلك بشكل أفضل.
ملحوظة: ألكسندر أ. كوكس و ج. برينهين كيلر، 28 سبتمبر 2023، “الانعكاس البايزي للانبعاثات وإنتاجية الصادرات عبر حدود العصر الطباشيري المتأخر”. علوم.
دوى: 10.1126/science.adh3875
