Les scientifiques de Dartmouth ont utilisé un modèle informatique innovant pour suggérer que l’activité volcanique, et non l’impact d’un astéroïde, était la principale cause de l’extinction massive qui a mis fin à l’ère des dinosaures. Cette approche pionnière ouvre de nouveaux horizons pour étudier d’autres événements géologiques.
Des ordinateurs libres-penseurs ont procédé à une ingénierie inverse des archives fossiles pour déterminer les causes de la catastrophe.
Aborder le débat de longue date sur la question de savoir si un impact massif d’astéroïdes ou une activité volcanique a causé l’extinction des dinosaures et de nombreuses autres créatures. Classer Il y a 66 millions d’années, une équipe du Dartmouth College a adopté une approche innovante, gardant les scientifiques à l’écart du débat et laissant les ordinateurs décider.
Rapport des chercheurs dans le magazine les sciences Une nouvelle méthode de modélisation alimentée par des processeurs interconnectés capables de traiter des ensembles de données géologiques et climatiques sans intervention humaine. Ils ont chargé environ 130 processeurs d’analyser les archives fossiles à rebours afin de déterminer les événements et les conditions qui y ont conduit. Période crétacée– L’extinction du Paléogène (K – Pg) a ouvert la voie à l’essor des mammifères, notamment des primates qui ont donné naissance aux premiers humains.
Une nouvelle perspective sur les événements historiques
« Une partie de notre motivation était d’évaluer cette question sans hypothèse ou biais pré-spécifiés », a déclaré Alex Cox, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé au Département de géosciences de Dartmouth. « La plupart des modèles vont dans une direction avant. Nous avons adapté le modèle du cycle du carbone pour qu’il fonctionne dans l’autre sens, en utilisant le forçage pour trouver la cause à travers les statistiques et en ne lui donnant qu’un minimum d’informations préalables alors qu’il travaille vers un résultat particulier. »
« En fin de compte, peu importe ce que nous pensons ou ce que nous pensions auparavant : le modèle nous montre comment nous sommes arrivés à ce que nous voyons dans les archives géologiques », a-t-il déclaré.
Le modèle a analysé plus de 300 000 scénarios possibles pour les émissions de dioxyde de carbone, la production de dioxyde de soufre et la productivité biologique au cours des millions d’années précédant et suivant l’extinction du K-Pg. Grâce à une sorte de Apprentissage automatique Connu sous le nom de chaîne de Markov Monte Carlo – un peu comme la façon dont un smartphone prédit ce que vous allez taper ensuite – les processeurs ont travaillé ensemble indépendamment pour comparer, réviser et recalculer leurs conclusions jusqu’à ce qu’ils arrivent à un scénario correspondant au résultat conservé dans le registre fossile.
Découvrir les causes de l’extinction
Les restes géochimiques et organiques dans les archives fossiles montrent clairement les conditions catastrophiques qui se sont produites lors de l’extinction de K-Pg, du nom des périodes géologiques de part et d’autre de la catastrophe qui a duré des milliers d’années. Les animaux et les plantes du monde entier ont subi une mortalité massive à mesure que les réseaux alimentaires s’effondrent et qu’une atmosphère instable – chargée de soufre polluant le soleil, de métaux en suspension dans l’air et de dioxyde de carbone qui emprisonne la chaleur – oscille de manière extravagante entre des conditions glaciales et des conditions torrides.
Bien que l’effet soit clair, la cause de l’extinction n’a pas été résolue. Les premières théories attribuant l’événement à des éruptions volcaniques ont été éclipsées par la découverte d’un cratère d’impact au Mexique connu sous le nom de Chicxulub, créé par un astéroïde de plusieurs kilomètres de large, désormais considéré comme le principal responsable de l’extinction. Cependant, les théories commencent à converger, car les preuves fossiles suggèrent un double coup sans précédent dans l’histoire de la Terre : l’astéroïde pourrait être entré en collision avec une planète déjà souffrant d’éruptions volcaniques massives et extrêmement violentes dans les pièges du Deccan, dans l’ouest de l’Inde.
Mais les scientifiques ne savent toujours pas – et ne sont pas d’accord – dans quelle mesure chaque événement a contribué à l’extinction massive. Ainsi, Cox et son conseiller Brenhen Keller, professeur adjoint de géosciences à Dartmouth et co-auteur de l’étude, ont décidé de « voir ce que vous obtenez si vous laissez le code décider ».
Résultats de modélisation et forçage volcanique
Leur modèle suggère que l’afflux de gaz à effet de changement climatique provenant des pièges du Deccan pourrait à lui seul suffire à déclencher une extinction mondiale. Les pièges ont explosé environ 300 000 ans avant l’astéroïde Chicxulub. Au cours des éruptions qui ont duré environ un million d’années, on estime que les pièges du Deccan ont pompé jusqu’à 10,4 billions de tonnes de dioxyde de carbone et 9,3 billions de tonnes de soufre dans l’atmosphère.
« Nous savons historiquement que les volcans peuvent provoquer des extinctions massives, mais il s’agit de la première estimation indépendante des émissions volatiles fondée sur des preuves de leurs impacts environnementaux », a déclaré Keller, qui a publié l’année dernière une recherche reliant quatre extinctions massives sur cinq sur Terre. Volcans.
« Notre modèle a travaillé sur les données de manière indépendante et sans biais humain pour déterminer la quantité de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre qui serait nécessaire pour produire les perturbations du climat et du cycle du carbone que nous observons dans les archives géologiques. « Notre modèle a travaillé sur les données de manière indépendante et sans biais humain pour déterminer la relation entre le volcanisme du Deccan et l’extinction du K-Pg », a déclaré Keller, qui a beaucoup travaillé pour étudier la relation entre le volcanisme du Deccan et l’extinction du K-Pg. « Ces quantités se sont avérées cohérentes avec ce que nous nous attendrions à voir les émissions des pièges Deccan.
Impact d’astéroïde et contexte moderne
Le modèle a révélé une forte baisse de l’accumulation de carbone organique dans les profondeurs océaniques au moment de l’impact de Chicxulub, ce qui était probablement le résultat de la disparition de nombreuses espèces animales et végétales par l’astéroïde. Le dossier contient des traces d’une baisse de température à peu près au même moment qui aurait pu être causée par une grande quantité de soufre – un agent de refroidissement de courte durée – que la météorite massive aurait projetée dans l’air lorsqu’elle aurait heurté la surface riche en soufre. dans cette région de la planète. .
L’impact de l’astéroïde libérerait également probablement du dioxyde de carbone et du soufre. Cependant, le modèle a révélé qu’il n’y avait aucune augmentation des émissions de l’un ou l’autre gaz à ce moment-là, ce qui suggère que la contribution de l’astéroïde à l’extinction ne dépendait pas des émissions de gaz.
Conclusion : Innovation méthodologique et applications futures
Dans le contexte moderne, a déclaré Cox, la combustion de combustibles fossiles entre 2000 et 2023 a entraîné le rejet d’environ 16 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère chaque année. C’est 100 fois supérieur au taux d’émission annuel le plus élevé que les scientifiques attendent des pièges Deccan. Bien qu’alarmant en soi, il faudra quelques milliers d’années pour que les émissions actuelles de dioxyde de carbone atteignent la quantité totale émise par les anciens volcans, a déclaré Cox.
« Ce qui est encore plus encourageant, c’est que nos résultats sont physiquement plausibles à grande échelle, ce qui est impressionnant étant donné que le modèle aurait pu techniquement s’emballer sans contraintes préalables plus fortes », a-t-il déclaré.
La connexion des processeurs a réduit le temps nécessaire au modèle pour analyser un ensemble de données aussi volumineux, passant de plusieurs mois ou années à quelques heures, a déclaré Cox. Sa méthode et sa méthode d’inversion des modèles d’autres systèmes terrestres – tels que ceux du climat ou du cycle du carbone – peuvent être utilisées pour évaluer des événements géologiques dont les résultats sont bien connus, mais pas les facteurs qui ont conduit à ces événements.
« Ce type d’inversion parallèle n’a jamais été réalisé auparavant dans les modèles des sciences de la Terre. Notre méthode peut être adaptée à des milliers de processeurs, ce qui nous donne un espace de solutions beaucoup plus large à explorer et est totalement résistante aux préjugés humains », a déclaré Cox.
«Jusqu’à présent, les gens dans notre domaine ont été plus impressionnés par la nouveauté de la méthode que par nos résultats», dit-il en riant. « Tout système terrestre dont nous connaissons l’effet mais pas la cause est prêt à chavirer. Mieux nous connaissons les sorties, mieux nous pouvons décrire les entrées qui les ont provoquées. »
Référence : « Inversion bayésienne des émissions et de la productivité des exportations à travers la frontière de la fin du Crétacé » par Alexander A. Cox et C. Brynhen Keller, 28 septembre 2023, les sciences.
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