研究消除了恐龙灭绝争论中的人类偏见

研究消除了恐龙灭绝争论中的人类偏见。信用:Pixabay/CC0公共领域

（蜘蛛网eeook.com）据达特茅斯学院：为了帮助解决关于6600万年前是一颗巨大的小行星还是火山爆发导致恐龙和大多数其他物种灭绝的科学辩论，达特茅斯的研究人员尝试了一种新方法——他们让科学家远离辩论，让计算机来决定。

研究人员报告了一种由互连处理器驱动的新建模方法，该方法可以在没有人类输入的情况下处理大量地质和气候数据。这篇题为“白垩纪末期排放和出口生产率的贝叶斯反演”的论文发表在9月29日的《科学》杂志上。

他们让近130名处理器反向分析化石记录，以查明导致白垩纪-古近纪(K-Pg)灭绝事件的事件和条件，该事件为哺乳动物的进化扫清了道路，包括导致早期人类的灵长类动物。

“我们的部分动机是不带预设假设或偏见地评估这个问题，”该研究的第一作者、达特茅斯大学地球科学系的研究生亚历克斯·考克斯说。“大多数模型都是向前发展的。我们修改了一个碳循环模型，以另一种方式运行，通过统计使用效果来寻找原因，在它朝着特定结果发展时，只给它最少的先验信息。

“最终，我们怎么想或者我们之前怎么想都没关系——这个模型向我们展示了我们是如何得到我们在地质记录中看到的东西的，”他说。

该模型分析了K–Pg灭绝前后100万年中二氧化碳排放、二氧化硫排放和生物生产力的30多万种可能情景。通过一种被称为马尔可夫链蒙特卡罗的机器学习——这与智能手机预测你接下来会键入什么没有什么不同——处理器独立地合作，比较、修改和重新计算他们的结论，直到他们达成与化石记录中保存的结果相匹配的场景。

化石记录中的地球化学和有机残留物清楚地捕捉到了K–Pg灭绝期间的灾难性条件，这是为长达千年的大灾难两侧的地质时期而命名的。

随着食物网在不稳定的大气下崩溃，世界各地的动物和植物都遭受了大规模的死亡，这种不稳定的大气充满了吸收阳光的硫、空气中的矿物质和吸热的二氧化碳，从寒冷到炎热的条件下剧烈波动。

虽然效果很明显，但灭绝的原因仍未解决。早期将该事件归因于火山爆发的理论已经被墨西哥被称为Chicxulub的撞击坑的发现所掩盖，该撞击坑是由一颗直径数英里的小行星造成的，现在被认为是灭绝事件的主要原因。然而，这些理论已经开始趋同，因为化石证据表明，这是一次不同于地球历史上任何一次的组合拳:小行星可能已经撞上了一颗已经受到西印度德干火山群大规模、极其猛烈的火山爆发影响的行星。

但是科学家仍然不知道——也不同意——每个事件在多大程度上导致了大灭绝。因此，考克斯和他的顾问布伦欣·凯勒(Dartmouth Earth sciences的助理教授和该研究的合著者)决定“看看如果让代码来决定，你会得到什么。”

他们的模型表明，仅德干阱中释放的改变气候的气体就足以引发全球物种灭绝。在希克苏鲁伯小行星之前，这些陷阱已经爆发了大约30万年。在近100万年的喷发中，据估计，德干陷阱向大气中排放了10.4万亿吨二氧化碳和9.3万亿吨硫。

“历史上我们已经知道火山会导致大规模灭绝，但这是第一次从环境影响的证据中独立估计挥发性排放，”凯勒说，他去年发表了一篇论文，将地球上五次大规模灭绝中的四次与火山活动联系起来。

“我们的模型独立处理数据，没有人为偏见，以确定产生我们在地质记录中看到的气候和碳循环中断所需的二氧化碳和二氧化硫的量。这些数量证明与我们预期的德干陷阱排放物一致，”凯勒说，他广泛研究了德干火山活动和K–Pg灭绝之间的联系。

该模型确实揭示了希克苏鲁伯撞击前后深海中有机碳积累的急剧下降，这可能是小行星导致众多动物和植物物种灭绝的结果。该记录包含了大约同一时间温度下降的痕迹，这可能是由大量的硫(一种短期冷却剂)引起的，当这颗巨大的陨石与地球上富含硫的表面相撞时，它可能会喷射到空中。

小行星撞击也可能释放出碳和二氧化硫。然而，该模型发现，当时这两种气体的排放都没有出现峰值，这表明小行星对灭绝的贡献与气体排放无关。

考克斯说，在现代背景下，从2000年到2023年，化石燃料的燃烧每年向大气中排放约160亿吨二氧化碳。这比科学家们预测的德干陷阱最高年排放率高出100倍。考克斯说，尽管这本身就令人担忧，但仍需要几千年的时间，目前的二氧化碳排放量才能与古代火山喷发的总量相当。

“最令人振奋的是，我们取得的结果在物理上基本合理，这令人印象深刻，因为如果没有更强的事先约束，该模型在技术上可能完全失控，”他说。

考克斯说，互连处理器将模型分析如此庞大数据集的时间从几个月或几年缩短到几个小时。他和凯勒的方法可以用来反演其他地球系统模型，如气候或碳循环模型，以评估结果众所周知的地质事件，但不是导致这些事件的因素。

“这种并行反演以前从未在地球科学模型中进行过。我们的方法可以扩展到包括数千个处理器，这给了我们一个更广阔的解决方案空间来探索，并且它很难受到人类偏见的影响，”考克斯说。

“到目前为止，我们领域的人对这种方法的新颖性比对我们得出的结论更感兴趣，”他笑着说。“任何我们知道结果但不知道原因的地球系统都适合于反演。我们对输出了解得越多，我们就越能更好地描述导致输出的输入。