자유로운 생각을 가진 컴퓨터는 재난의 원인을 파악하기 위해 화석 기록을 역설계했습니다.

대규모 소행성 충돌이나 화산 활동이 공룡과 다른 많은 생물의 멸종을 초래했는지에 대한 오랜 논쟁을 해결합니다. 나누다 6600만년 전, 다트머스 대학의 한 팀은 혁신적인 접근 방식을 취하여 과학자들을 논쟁에 참여시키지 않고 컴퓨터가 결정하도록 했습니다.

연구원들은 잡지에 보고합니다. 과학 사람의 개입 없이 일련의 지질학적 및 기후 데이터를 처리할 수 있는 상호 연결된 프로세서를 기반으로 하는 새로운 모델링 방법입니다. 그들은 약 130개의 프로세서에 화석 기록을 거꾸로 분석하여 이러한 현상이 발생한 사건과 조건을 파악하도록 의뢰했습니다. 백악기– 고생대(K-Pg) 멸종 사건은 최초의 인류를 탄생시킨 영장류를 포함하여 포유류가 출현할 수 있는 길을 열었습니다.

역사적 사건에 대한 새로운 시각

이번 연구의 제1저자이자 다트머스 대학 지구과학과 대학원생인 알렉스 콕스(Alex Cox)는 “우리의 동기 중 하나는 미리 지정된 가설이나 편견 없이 이 질문을 평가하는 것이었습니다.”라고 말했습니다. “대부분의 모델은 앞으로 나아가는 방향으로 움직입니다. 우리는 통계를 통해 원인을 찾기 위해 강제를 사용하고 특정 결과를 향해 작동할 때 최소한의 사전 정보만 제공하는 방식으로 탄소 순환 모델을 다른 방향으로 작동하도록 조정했습니다.”

“결국 우리가 무엇을 생각하는지, 이전에 무엇을 생각했는지는 중요하지 않습니다. 이 모델은 우리가 지질학적 기록에서 보는 것에 어떻게 도달했는지 보여줍니다.”라고 그는 말했습니다.

이 모델은 K-Pg 멸종 전후 백만 년 동안 이산화탄소 배출, 이산화황 생산 및 생물학적 생산성에 대한 300,000개 이상의 가능한 시나리오를 분석했습니다. 종류를 통해서 기계 학습 마르코프 체인 몬테 카를로(Markov chain Monte Carlo)라고 알려진 이 프로세서는 스마트폰이 다음에 입력할 내용을 예측하는 방식과 다르지 않습니다. 프로세서는 독립적으로 협력하여 결과에 보존된 결과와 일치하는 시나리오를 내놓을 때까지 결론을 비교, 수정 및 재계산했습니다. 화석 기록.

멸종의 원인을 찾아내다

화석 기록에 있는 지구화학적 및 유기물 유적은 수천 년 동안 지속된 대격변의 양쪽 지질 시대의 이름을 따서 명명된 K-Pg 멸종 동안 발생한 격변적 조건을 명확하게 보여줍니다. 태양을 오염시키는 유황, 공기 중 금속, 열을 가두는 이산화탄소로 가득 찬 불안정한 대기가 얼어붙는 상태에서 타는 듯한 상태로 격렬하게 변화함에 따라 전 세계의 동물과 식물은 먹이그물이 붕괴되면서 대규모 멸종을 겪었습니다.

효과는 분명하지만 멸종 원인은 해결되지 않았습니다. 이 사건을 화산 폭발로 돌리는 초기 이론은 현재 멸종 사건의 주된 원인으로 여겨지는 수 마일 너비의 소행성에 의해 생성된 Chicxulub으로 알려진 충돌 분화구가 멕시코에서 발견되면서 가려졌습니다. 그러나 화석 증거가 지구 역사상 유례없는 원투 펀치를 암시함에 따라 이론이 수렴되기 시작했습니다. 소행성은 인도 서부의 데칸 트랩에서 이미 거대하고 극도로 격렬한 화산 폭발을 겪고 있는 행성과 충돌했을 수 있습니다.

그러나 과학자들은 여전히 ​​각 사건이 대량 멸종에 얼마나 기여했는지 알지 못하며 이에 동의하지도 않습니다. 그래서 Cox와 다트머스 대학의 지구과학 조교수이자 이번 연구의 공동 저자인 그의 고문인 Brenhen Keller는 “코드가 결정하도록 하면 무엇을 얻을 수 있는지 알아보기”로 결정했습니다.

모델링 결과 및 화산 영향

그들의 모델은 데칸 트랩에서 나오는 기후 변화 가스의 유입만으로도 전 세계 멸종을 촉발하기에 충분할 수 있음을 시사합니다. 트랩은 Chicxulub 소행성보다 약 300,000년 전에 폭발했습니다. 대략 100만 년에 걸친 폭발 동안 데칸 트랩은 최대 10조 4천억 톤의 이산화탄소와 9조 3천억 톤의 황을 대기 중으로 배출한 것으로 추정됩니다.

“우리는 역사적으로 화산이 대량 멸종을 일으킬 수 있다는 것을 알고 있었지만 이것은 환경에 미치는 영향의 증거로부터 도출된 휘발성 배출에 대한 최초의 독립적인 추정치입니다.”라고 작년에 지구상의 5건의 대량 멸종 중 4건을 연결한 연구를 발표한 Keller가 말했습니다. 화산.

“우리 모델은 지질학적 기록에서 볼 수 있는 기후와 탄소 순환 교란을 생성하는 데 얼마나 많은 이산화탄소와 이산화황이 필요한지 결정하기 위해 인간의 편견 없이 독립적으로 데이터를 분석했습니다. “우리는 많은 데이터를 보고 있습니다. 데칸 화산활동과 K-Pg 멸종 사이의 관계를 연구하기 위해 광범위하게 연구해온 켈러는 “이러한 양은 데칸 트랩에서 배출될 것으로 예상되는 것과 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.”라고 말했습니다.

소행성 충돌과 현대적 맥락

이 모델은 Chicxulub 충돌 당시 심해의 유기 탄소 축적이 급격히 감소했음을 보여 주었는데, 이는 소행성이 많은 동식물 종의 멸종을 초래한 결과일 가능성이 높습니다. 기록에는 거대한 운석이 유황이 풍부한 표면에 충돌했을 때 대기 중으로 던져졌을 다량의 유황(단기간 냉각제)으로 인해 발생했을 수 있는 비슷한 시기에 기온이 하락한 흔적이 포함되어 있습니다. 그 행성의 지역에서..

소행성 충돌은 또한 이산화탄소와 황을 모두 방출할 가능성이 높습니다. 그러나 이 모델은 당시 두 가스 모두 배출이 증가하지 않았음을 발견했으며, 이는 소행성이 멸종에 기여한 것이 가스 배출에 달려 있지 않음을 시사합니다.

결론: 방법론적 혁신과 향후 적용

현대적인 맥락에서 2000년부터 2023년까지 화석 연료를 태우면 매년 약 160억 톤의 이산화탄소가 대기 중으로 배출된다고 콕스는 말했습니다. 이는 과학자들이 데칸 트랩에서 기대하는 최고 연간 배출율보다 100배 더 높습니다. 그 자체로는 놀라운 일이지만, 현재의 이산화탄소 배출량이 고대 화산에서 배출된 총량과 일치하는 데는 수천 년이 걸릴 것이라고 Cox는 말했습니다.

“더 고무적인 점은 우리의 결과가 규모에 따라 물리적으로 타당하다는 것입니다. 이는 모델이 더 강력한 사전 제약 없이 기술적으로 상당히 폭주할 수 있었다는 점을 고려하면 인상적입니다.”라고 그는 말했습니다.

프로세서를 연결하면 모델이 이러한 대규모 데이터 세트를 분석하는 데 걸리는 시간이 몇 달 또는 몇 년에서 몇 시간으로 단축되었다고 Cox는 말했습니다. 그의 방법과 기후나 탄소 순환과 같은 다른 지구 시스템의 모델을 역전시키는 방법은 결과가 잘 알려진 지질학적 사건을 평가하는 데 사용될 수 있지만 그러한 사건을 초래한 요인은 아닙니다.

Cox는 “이런 유형의 병렬 역전은 이전에 지구 과학 모델에서 수행된 적이 없습니다. 우리의 방법은 수천 개의 프로세서로 확장될 수 있어 훨씬 더 넓은 솔루션 공간을 탐색할 수 있으며 인간의 편견에 완전히 저항합니다”라고 말했습니다.

“지금까지 우리 분야의 사람들은 우리의 결과보다 방법의 참신함에 더 깊은 인상을 받았습니다.”라고 그는 웃으며 말했습니다. “우리가 원인은 알 수 없지만 영향을 미치는 모든 지구 시스템은 전복될 준비가 되어 있습니다. 출력을 더 잘 알수록 그 원인이 된 입력을 더 잘 설명할 수 있습니다.”

참고 자료: Alexander A.의 “백악기 경계를 가로지르는 배출 및 수출 생산성의 베이지안 역전” 콕스와 C. 브린헨 켈러, 2023년 9월 28일, 과학.
도이: 10.1126/science.adh3875