استخدم علماء دارتموث نموذجًا حاسوبيًا مبتكرًا للإشارة إلى أن النشاط البركاني، وليس اصطدام كويكب، هو السبب الرئيسي للانقراض الجماعي الذي أنهى عصر الديناصورات. يفتح هذا النهج الثوري آفاقًا جديدة لدراسة الأحداث الجيولوجية الأخرى.
قامت أجهزة الكمبيوتر ذات التفكير الحر بهندسة عكسية للسجل الأحفوري لتحديد أسباب الكارثة.
معالجة الجدل الطويل الأمد حول ما إذا كان تأثير كويكب ضخم أو نشاط بركاني قد تسبب في انقراض الديناصورات وغيرها الكثير صِنف قبل 66 مليون سنة، اتبع فريق من كلية دارتموث نهجًا مبتكرًا: فقد أبعدوا العلماء عن النقاش وتركوا لأجهزة الكمبيوتر القرار.
تقرير الباحثين في المجلة علم طريقة نمذجة جديدة مدعومة بمعالجات مترابطة قادرة على معالجة كميات من البيانات الجيولوجية والمناخية دون تدخل بشري. لقد كلفوا ما يقرب من 130 معالجًا بتحليل السجل الحفري بشكل عكسي لتحديد الأحداث والظروف التي أدت إلى اكتشاف الحفريات. العصر الطباشيري– حدث انقراض الباليوجين (K–Pg) الذي مهد الطريق لسلالة الثدييات، بما في ذلك الرئيسيات التي أدت إلى ظهور البشر الأوائل.
منظور جديد للأحداث التاريخية
قال أليكس كوكس، المؤلف الأول للدراسة وطالب الدراسات العليا في قسم علوم الأرض في دارتموث: “كان جزءًا من دوافعنا هو تقييم هذا السؤال دون افتراضات أو تحيزات محددة مسبقًا”. “معظم النماذج تشير إلى المستقبل. لقد قمنا بتكييف نموذج لدورة الكربون للعمل في الاتجاه الآخر، وذلك باستخدام التأثير للعثور على السبب باستخدام الإحصائيات، مع إعطائه الحد الأدنى فقط من المعلومات السابقة بينما كان يتجه نحو نتيجة معينة.
وقال: “في النهاية، لا يهم ما نفكر فيه أو ما كنا نفكر فيه سابقًا: النموذج يوضح لنا كيف وصلنا إلى ما نراه في السجل الجيولوجي”.
قام النموذج بتحليل أكثر من 300000 سيناريو محتمل لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وإنتاج ثاني أكسيد الكبريت والإنتاجية البيولوجية على مدى مليون سنة قبل وبعد انقراض K-Pg. بفضل نوع من التعلم الالي المعروفة باسم سلسلة ماركوف مونت كارلو – لا تختلف عن الطريقة التي يتنبأ بها الهاتف الذكي بما ستكتبه بعد ذلك – عملت المعالجات معًا بشكل مستقل لمقارنة استنتاجاتها ومراجعتها وإعادة حسابها حتى تصل إلى سيناريو يتوافق مع النتيجة المحفوظة في الحفرية سِجِلّ. .
اكتشف أسباب الانقراض
توضح البقايا الجيوكيميائية والعضوية للسجل الأحفوري بوضوح الظروف الكارثية التي حدثت أثناء انقراض K-Pg، والذي سمي بهذا الاسم في إشارة إلى الفترات الجيولوجية على جانبي كارثة الألفية. عانت الحيوانات والنباتات في جميع أنحاء العالم من نفوق جماعي مع انهيار الشبكات الغذائية في ظل جو غير مستقر – محمل بالكبريت الذي يحجب أشعة الشمس والمعادن المحمولة جواً واحتباس حرارة ثاني أكسيد الكربون – يتأرجح بشدة بين ظروف التجمد والحارقة.
وعلى الرغم من أن التأثير واضح، إلا أن سبب الانقراض لم يتم حله. لقد طغت النظريات المبكرة التي تنسب الحدث إلى الانفجارات البركانية من خلال اكتشاف حفرة تصادمية في المكسيك تُعرف باسم تشيككسولوب، ناجمة عن كويكب يبلغ عرضه أميالاً، ويُعتقد الآن أنه المسؤول الرئيسي عن الانقراض. ومع ذلك، بدأت النظريات تتقارب، حيث تشير الأدلة الأحفورية إلى ضربة مزدوجة غير مسبوقة في تاريخ الأرض: ربما يكون الكويكب قد اصطدم بكوكب يعاني بالفعل من الانفجارات الهائلة والعنيفة للغاية لبراكين ديكان ترابس، في غرب الهند.
لكن العلماء ما زالوا لا يعرفون – أو يتفقون على – مدى مساهمة كل حدث في الانقراض الجماعي. لذلك قرر كوكس ومستشاره برينهين كيلر، الأستاذ المساعد لعلوم الأرض في دارتموث والمؤلف المشارك للدراسة، “رؤية ما ستحصل عليه إذا تركت الكود يقرر”.
نتائج النمذجة والتأثير البركاني
ويشير نموذجهم إلى أن إطلاق الغازات المتغيرة للمناخ من ديكان ترابس وحده يمكن أن يكون كافيا لإثارة الانقراض العالمي. لقد انفجرت الفخاخ منذ حوالي 300000 سنة قبل كويكب تشيككسولوب. خلال ثوراناتها التي دامت ما يقرب من مليون عام، تشير التقديرات إلى أن مصائد ديكان قد ضخت ما يصل إلى 10.4 تريليون طن من ثاني أكسيد الكربون و9.3 تريليون طن من الكبريت في الغلاف الجوي.
وقال كيلر، الذي نشر بحثا في العام الماضي يربط بين أربعة من خمس حالات الانقراض الجماعي على الأرض، كانت ناجمة عن البراكين: “نحن نعلم تاريخيا أن البراكين يمكن أن تسبب انقراضات جماعية، ولكن هذا هو أول تقدير مستقل للانبعاثات المتطايرة استنادا إلى أدلة على آثارها البيئية”. .
“قام نموذجنا بتحليل البيانات بشكل مستقل ودون تحيز بشري لتحديد كمية ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت اللازمة لإنتاج اضطرابات المناخ ودورة الكربون التي نراها في السجل الجيولوجي. وقال كيلر، الذي عمل على نطاق واسع لدراسة العلاقة بين بركان ديكان وانقراض K-Pg: “تبين أن هذه الكميات متوافقة مع ما نتوقعه من انبعاثات مصيدة ديكان”.
تأثير الكويكب والسياق الحديث
وكشف النموذج عن انخفاض حاد في تراكم الكربون العضوي في أعماق المحيطات وقت اصطدام تشيككسولوب، ويرجع ذلك على الأرجح إلى حقيقة أن الكويكب تسبب في اختفاء العديد من الأنواع الحيوانية والنباتية. يحتوي السجل على دليل على انخفاض درجة الحرارة في نفس الوقت تقريبًا، والذي يُعتقد أنه ناجم عن الكمية الكبيرة من الكبريت – وهو عامل تبريد قصير المدى – الذي كان من الممكن أن يقذفه النيزك الضخم في الهواء عندما اصطدم بالكبريت. -سطح غني. في هذه المنطقة من الكوكب.
من المحتمل أيضًا أن يكون تأثير الكويكب قد أطلق ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. ومع ذلك، كشف النموذج أنه لم تكن هناك ذروة في انبعاثات أي من الغازين في ذلك الوقت، مما يشير إلى أن مساهمة الكويكب في الانقراض لم تعتمد على عدم انبعاث الغازات.
الخاتمة: الابتكار المنهجي والتطبيقات المستقبلية
وفي السياق الحديث، قال كوكس، إن حرق الوقود الأحفوري بين عامي 2000 و2023 أطلق نحو 16 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سنويا. وهذا أعلى 100 مرة من أعلى معدل انبعاث سنوي تنبأ به العلماء في مصائد ديكان. وقال كوكس إنه على الرغم من أنه أمر مثير للقلق في حد ذاته، إلا أن الأمر سيستغرق بضعة آلاف من السنين الأخرى حتى تصل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الحالية إلى الكمية الإجمالية التي تطلقها البراكين القديمة.
وقال: “الأمر الأكثر تشجيعًا هو أن النتائج التي حصلنا عليها معقولة بشكل عام من الناحية المادية، وهو أمر مثير للإعجاب نظرًا لأن النموذج كان من الممكن أن يصبح جامحًا تمامًا من الناحية الفنية دون قيود مسبقة أقوى”.
وقال كوكس إن ربط المعالجات أدى إلى تقليل الوقت اللازم للنموذج لتحليل مجموعة البيانات الضخمة هذه من أشهر أو سنوات إلى ساعات. يمكن استخدام طريقته وطريقة كيلر لعكس نماذج أخرى لأنظمة الأرض، مثل نماذج المناخ أو دورة الكربون، لتقييم الأحداث الجيولوجية التي تكون نتائجها معروفة جيدًا، ولكن ليس العوامل التي تسببت فيها.
“لم يتم تحقيق هذا النوع من الانعكاس الموازي في نماذج علوم الأرض من قبل. قال كوكس: “يمكن توسيع نطاق طريقتنا لتشمل آلاف المعالجات، مما يمنحنا مساحة حل أكبر بكثير للاستكشاف، كما أنها قوية جدًا في مواجهة التحيز البشري”.
وقال ضاحكاً: “حتى الآن، كان الأشخاص في مجالنا منبهرين بحداثة الطريقة أكثر من انبهارهم بالنتيجة التي توصلنا إليها”. “إن أي نظام أرضي نعرف تأثيره ولكن ليس سببه هو جاهز للانعكاس. كلما عرفنا النتيجة بشكل أفضل، كلما تمكنا من وصف المدخلات التي تسببت فيها بشكل أفضل.
المرجع: “انعكاس بايزي للانبعاثات وإنتاجية التصدير عبر حدود نهاية العصر الطباشيري” بقلم ألكسندر أ. كوكس وسي. برينهين كيلر، 28 سبتمبر 2023، علم.
دوى: 10.1126/science.adh3875
