Эпическая схватка о том, что на самом деле убило динозавров
Глубокая модель обучения присоединилась к ожесточенному спору о том, начались ли вулканы день гибели динозавров задолго до падения астероида.
#Динозавры #Исследования #Вулканы #Астероид #МассовоеВымирание #КлиматическиеИзменения #Наука #Палеонтология #Геология #Экология
Вспомни любую иллюстрацию динозавра, которую ты видел, когда был ребенком. Фон был почти наверняка одним из двух вариантов: астероид, пролетающий по небу, или извержение вулкана (если иллюстратор был особенно драматичным, то, возможно, и то, и другое).
Астероид шириной 6 миль, который ударил в побережье полуострова Юкатан 66 миллионов лет назад, уничтожил близлежащих динозавров и наполнил небо материалами, которые привели планету к зиме, ставшей причиной вымирания видов. Но не стоит недооценивать и вулканы. Растущий объем геологических данных указывает на то, что динозавры уже переживали климатический хаос до столкновения с астероидом, благодаря массовым и неумолимым извержениям в Индийских декканских ловушках.
В течение 300 000 лет до столкновения и еще 500 000 лет после него эти вулканы выбрасывали огромные облака углекислого газа и диоксида серы. Даже когда они не извергались, они выпускали "предварительные выбросы". Углекислый газ нагревал планету, как это происходит сегодня из-за выбросов человечества, а диоксид серы охлаждал ее, отражая часть энергии Солнца обратно в космос. Эта переполох между нагревом и охлаждением создавал климатическую нестабильность, которая привела к массовому вымиранию. Так что астероид не был единственным Чумным Повелителем для динозавров, но прикончил их. По крайней мере, так гласит теория.
Ученые до сих пор спорят о том, насколько важную роль могли сыграть эти вулканические явления в кретасно-палеогеновом вымирании по сравнению с очевидным ударом астероида о планету. Теперь в дело вступила модель глубокого обучения компьютера, которая показала, что объемы CO2 и SO2, необходимые для вызова вымирания динозавров, соответствуют выбросам из Декканских ловушек.
"Наши результаты будут подтверждением идеи о том, что вулканизм нарушал атмосферу и климат задолго до столкновения с астероидом", - говорит Александр Кокс, геолог-компьютерщик из Дартмутского колледжа, главный автор новой статьи в журнале Science. "Фактически, вы можете воссоздать окружающие условия, которые могли вызвать вымирание динозавров исключительно из-за вулканизма, как если бы астероида не было. Но, конечно, мы не можем не принимать во внимание тот факт, что астероид определенно не радовал динозавров".
"Это исследование действительно интересно. Раньше никто не делал ничего подобного", говорит геохронолог Кортни Дж. Спрейн из Университета Флориды, который изучает вымирание, но не был вовлечен в исследование. "В последние пару лет произошел реальный сдвиг в переосмыслении роли вулканизма в массовом вымирании".
Декканские ловушки получили свое название от шведского слова траппа, что означает "ступень", из-за ступенчатых выходов здесь. За почти миллион лет их извержения произвели миллион кубических километров лавы, выбросив 10,4 триллиона тонн CO2 и 9,3 триллиона тонн SO2. Для сравнения, за период с 2000 по 2023 год люди выбрасывали 16 миллиардов тонн CO2 в год, что примерно в 100 раз больше, чем у Декканских ловушек. Таким образом, этот вулканизм представлял собой медленное выделение теплотворного газа для планеты, но продолжался сотни тысяч лет. Повышение содержания парниковых газов, конечно же, привело к потеплению климата, хотя SO2 имело противоречивый охлаждающий эффект.
У геологов уже есть исторические данные о климате благодаря прокси: маленьким океаническим организмам, известным как фораминиферы, которые строили раковины из карбоната кальция, умирали и оседали на дно моря, становясь камнем. Изучая различные изотопы углерода и кислорода в этих древних раковинах, ученые могут определить как атмосферную концентрацию углерода, так и океанские температуры миллионы лет назад.
Вместо работы "из" этой геологической записи, новая модель работала "к" ней. Она запустила 300 000 сценариев того, как разные уровни CO2 и SO2 могут вместе создавать климат, соответствующий объективным данным из записей о раковинах.
Используя массив из 128 компьютерных процессоров, работающих параллельно, ученые могли играть с произвольными атмосферными концентрациями вулканического CO2 и SO2 и видеть, какие значения изотопов углерода и кислорода это приводит. Затем модель могла сравнить эти значения с реальными данными из ископаемых записей и дать себе оценку. "Она может сказать: 'Давайте попробуем добавить немного CO2 здесь и немного меньше SO2 здесь'", - говорит Кокс. "Мы позволяем модели беспрепятственно работать - она продолжает снова и снова".
128 процессоров также могли сравнивать свои оценки друг с другом. "Каждый выбирает решение из процессора, который, по его мнению, работает особенно хорошо", - говорит Кокс. "И это продолжается, как когда вы списываете у своих одноклассников в школе, если считаете их умнее вас. Таким образом, все процессоры могут подтянуть всех остальных, чтобы найти решение гораздо быстрее". В конце концов, запуск этих 300 000 симуляций параллельно занял несколько десятков часов, даже с таким объемом данных.
"Красота того, что сделали эти люди, заключается в том, что они могут использовать действительно объективные данные, которые никто не оспаривает, и прийти к некоторым удивительно подробным выводам", - говорит геолог Пол Ренне, директор Центра геохронологии Беркли, который изучает вулканы и массовое вымирание, но не был вовлечен в статью. Один из этих выводов, говорит он, - "то, что выбросы диоксида углерода и серы разделены, что я утверждал уже давно".
Другими словами, вулканы не постоянно выбрасывали CO2 и SO2 в равных пропорциях. Неравномерная смесь привела к сложным климатическим колебаниям, которые в конечном итоге уничтожили организмы. Вид может был способен приспособиться к повышению температуры, только чтобы быть обреченным на понижение температуры через 50 000 лет или наоборот. (CO2 также дольше пребывает в атмосфере, чем SO2, поэтому он может накапливаться в течение тысяч лет).
Вулканизм также вызвал кислотные дожди и океаническую кислотность. Эти факторы в одиночку способствовали гибели растений, затем травоядных, а затем хищников, которые питались ими. Но он также искажал углеродный цикл планеты в целом. Например, по мере кислотности океанов существам, таким как фораминиферы, которые строили свои раковины из углерода, было сложно выжить. И если меньше их раковин было доступно для хранения и удержания углерода на дне океана, говорит Спрей, "это еще больше нарушает систему".
Затем пришел астероид. Огненный шар и ударная волна мгновенно уничтожили близлежащие организмы. Чтобы сделать все еще хуже, он ударил в серу-богатую часть Земли. В отличие от более плавного вулканизма предшествующих 300 000 лет, столкновение мгновенно выбросило всю эту серу в атмосферу, а также маленькие кусочки камня и стекла. Это создало туман, окутавший Землю и затмивший солнце.
Хаос климата теперь был полным. "Декканские ловушки все еще извергались после этого события", - говорит геохронолог из Йельского университета Дженнифер Касбохм, изучающая влияние вулканов на изменение климата, но не участвовавшая в новой статье. "Это был действительно плохой день, но в течение еще нескольких сотен тысяч лет на планете Земля все продолжалось довольно тяжело. И затем, возможно, все возвращалось к нормальному, хотя и без некоторых старых друзей, в том числе видов, которые раньше существовали".
Удар астероида высвободил так много энергии, что он мог вызвать еще большую вулканическую активность в Декканских ловушках. Удар мог в основном потрясти трубопроводы вулканов, выталкивая магму на поверхность. "Вокруг мира распространялось огромное количество энергии", - говорит Ренне. "Когда вы насильно воздействуете на эту систему, вы можете сделать несколько вещей, одна из которых - вызвать выход газов из жидкости. Я не хочу использовать такую упрощенную аналогию, но это похоже на тряску банки с газировкой. Это вызывает извержения".
Однако не все в научном сообществе являются сторонниками Вулкана. "Есть люди, которые спорят - и продолжают спорить - очень, очень ожесточенно по этому поводу", - говорит Питер Рупнарин, куратор геологии в Калифорнийской академии наук, который не был вовлечен в исследование. "Я бы сказал, что астероид определенно сыграл главную, если не главную роль. Вопрос заключается в том, насколько вулканизм также сыграл свою роль?". По-прежнему существует много неопределенностей, говорит Рупнарин, таких как время выброса вулканических газов в течение этих сотен тысяч лет.
Астероид также вызывает совершенно другой вид климатической травмы, чем медленная утечка газа. "По мнению многих из нас, основным механизмом уничтожения, можно сказать, была тьма, а не охлаждение", - говорит Рупнарин. "В атмосферу было введено достаточно материала, чтобы заглушить солнце около, скажем, 10 лет".
Все это добавило большую сложность в дебаты об астероидах против вулканов. Эта новая модель пытается отложить в сторону человеческие предубеждения и позволить машинам выполнять вычисления. Пока ответ кажется таким, что оба природных бедствия сыграли свою роль, в своего рода одно-два удара. "Для многих людей, которые не очень тесно следят за этой областью, кажется, что вы все делаете? Вы машете руками. Доберитесь до ответа, черт возьми", - говорит Ренне. "Двадцать лет назад люди останавливались на том, "Это был астероид или вулканизм?". И это было всем аргументом. Теперь люди гораздо более заинтересованы в нюансах".