Komputer yang berpikiran bebas merekayasa balik catatan fosil untuk menentukan penyebab bencana tersebut.

Untuk mengatasi perdebatan lama mengenai apakah dampak asteroid besar atau aktivitas gunung berapi menyebabkan kepunahan dinosaurus dan banyak makhluk lainnya. Menggolongkan 66 juta tahun yang lalu, sebuah tim di Dartmouth College mengambil pendekatan inovatif, menjauhkan para ilmuwan dari perdebatan dan membiarkan komputer mengambil keputusan.

Laporan peneliti di majalah tersebut Sains Sebuah metode pemodelan baru yang didukung oleh prosesor yang saling terhubung yang dapat bekerja melalui kumpulan data geologi dan iklim tanpa campur tangan manusia. Mereka menugaskan sekitar 130 pengolah untuk menganalisis catatan fosil secara mundur guna menentukan peristiwa dan kondisi yang menyebabkan hal ini. Periode Kapur– Peristiwa kepunahan Paleogen (K–Pg) membuka jalan bagi kebangkitan mamalia, termasuk primata yang melahirkan manusia pertama.

Perspektif baru tentang peristiwa sejarah

“Bagian dari motivasi kami adalah untuk mengevaluasi pertanyaan ini tanpa hipotesis atau bias yang telah ditentukan sebelumnya,” kata Alex Cox, penulis pertama studi tersebut dan seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Geosains Dartmouth. “Sebagian besar model bergerak ke arah depan. Kami telah mengadaptasi model siklus karbon untuk bekerja ke arah lain, menggunakan pemaksaan untuk menemukan penyebab melalui statistik, dan hanya memberikan sedikit informasi awal saat model tersebut berupaya mencapai hasil tertentu.”

“Pada akhirnya, tidak masalah apa yang kita pikirkan atau apa yang kita pikirkan sebelumnya – model ini menunjukkan kepada kita bagaimana kita mencapai apa yang kita lihat dalam catatan geologi,” katanya.

Model tersebut menganalisis lebih dari 300.000 kemungkinan skenario emisi karbon dioksida, produksi sulfur dioksida, dan produktivitas biologis dalam jutaan tahun sebelum dan sesudah kepunahan K-Pg. Melalui semacam Pembelajaran mesin Dikenal sebagai rantai Markov Monte Carlo – mirip dengan cara ponsel cerdas memprediksi apa yang akan Anda ketik selanjutnya – prosesor bekerja sama secara independen untuk membandingkan, merevisi, dan menghitung ulang kesimpulan mereka hingga menghasilkan skenario yang sesuai dengan hasil yang disimpan dalam catatan fosil.

Menemukan penyebab kepunahan

Sisa-sisa geokimia dan organik dalam catatan fosil dengan jelas menunjukkan kondisi bencana yang terjadi selama kepunahan K-Pg, dinamai berdasarkan periode geologi di kedua sisi bencana yang berlangsung ribuan tahun. Hewan dan tumbuhan di seluruh dunia telah mengalami kematian besar-besaran akibat runtuhnya jaring makanan karena atmosfer yang tidak stabil – yang mengandung sulfur yang mencemari sinar matahari, logam di udara, dan karbon dioksida yang memerangkap panas – berubah drastis dari kondisi beku ke kondisi terik.

Meskipun dampaknya jelas, penyebab kepunahannya belum terselesaikan. Teori awal yang menghubungkan peristiwa tersebut dengan letusan gunung berapi dibayangi oleh penemuan kawah tumbukan di Meksiko yang dikenal sebagai Chicxulub yang tercipta dari asteroid selebar satu mil yang kini diyakini sebagai penyebab utama peristiwa kepunahan tersebut. Namun, teori-teori tersebut mulai menyatu, karena bukti-bukti fosil menunjukkan adanya ledakan satu-dua yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah bumi: asteroid tersebut mungkin bertabrakan dengan sebuah planet yang sudah mengalami letusan gunung berapi yang dahsyat dan dahsyat di Deccan Traps di India bagian barat.

Namun para ilmuwan masih belum mengetahui – dan tidak setuju – seberapa besar kontribusi setiap peristiwa terhadap kepunahan massal. Jadi, Cox dan penasihatnya Brenhen Keller, asisten profesor geosains di Dartmouth dan salah satu penulis studi tersebut, memutuskan untuk “melihat apa yang Anda dapatkan jika Anda membiarkan kode yang menentukan.”

Hasil pemodelan dan pemaksaan vulkanik

Model mereka menunjukkan bahwa masuknya gas-gas pengubah iklim dari Deccan Traps saja sudah cukup untuk memicu kepunahan global. Perangkap tersebut meledak sekitar 300.000 tahun sebelum asteroid Chicxulub. Selama sekitar 1 juta tahun letusan, Deccan Traps diperkirakan telah memompa hingga 10,4 triliun ton karbon dioksida dan 9,3 triliun ton belerang ke atmosfer.

“Kita telah mengetahui secara historis bahwa gunung berapi dapat menyebabkan kepunahan massal, namun ini adalah perkiraan independen pertama mengenai emisi yang mudah menguap yang diambil berdasarkan bukti dampak lingkungannya,” kata Keller, yang menerbitkan penelitian tahun lalu yang menghubungkan empat dari lima kepunahan massal di Bumi. Gunung berapi.

“Model kami bekerja melalui data secara independen dan tanpa bias manusia untuk menentukan berapa banyak karbon dioksida dan sulfur dioksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan gangguan iklim dan siklus karbon seperti yang kami lihat dalam catatan geologi. bias manusia dalam menentukan hubungan antara vulkanisme Deccan dan kepunahan K-Pg,” kata Keller, yang telah bekerja secara ekstensif untuk mempelajari hubungan antara vulkanisme Deccan dan kepunahan K-Pg. yang kita perkirakan akan terjadi pada emisi dari perangkap Deccan.”

Dampak asteroid dan konteks modern

Model tersebut telah mengungkapkan penurunan tajam dalam akumulasi karbon organik di laut dalam sekitar waktu terjadinya dampak Chicxulub, yang kemungkinan besar disebabkan oleh asteroid yang menyebabkan matinya banyak spesies hewan dan tumbuhan. Catatan tersebut berisi jejak-jejak penurunan suhu sekitar waktu yang sama yang mungkin disebabkan oleh sejumlah besar belerang – zat pendingin yang berumur pendek – yang akan terlempar oleh meteorit besar ke udara ketika menghantam permukaan yang kaya belerang. di wilayah planet itu. .

Dampak asteroid juga kemungkinan akan melepaskan karbon dioksida dan belerang. Namun, model tersebut menemukan bahwa tidak ada peningkatan emisi gas apa pun pada saat itu, sehingga menunjukkan bahwa kontribusi asteroid terhadap kepunahan tidak bergantung pada emisi gas.

Kesimpulan: Inovasi metodologis dan penerapannya di masa depan

Dalam konteks modern, kata Cox, pembakaran bahan bakar fosil dari tahun 2000 hingga 2023 mengakibatkan sekitar 16 miliar ton karbon dioksida dilepaskan ke atmosfer setiap tahunnya. Angka ini 100 kali lebih besar dibandingkan tingkat emisi tahunan tertinggi yang diperkirakan para ilmuwan dari perangkap Deccan. Meski mengkhawatirkan, dibutuhkan waktu beberapa ribu tahun agar emisi karbon dioksida saat ini bisa menyamai jumlah total emisi gunung berapi purba, kata Cox.

“Hal yang lebih menggembirakan adalah bahwa hasil kami secara fisik masuk akal dalam skala besar, yang merupakan hal yang mengesankan mengingat model ini secara teknis bisa dijalankan tanpa kendala yang lebih kuat sebelumnya,” katanya.

Menghubungkan prosesor telah mempersingkat waktu yang dibutuhkan model untuk menganalisis kumpulan data sebesar itu dari hitungan bulan atau tahun menjadi hitungan jam, kata Cox. Metodenya dan metode inversi model sistem Bumi lainnya – seperti iklim, atau siklus karbon – dapat digunakan untuk mengevaluasi peristiwa geologi yang hasilnya sudah diketahui dengan baik, namun bukan faktor yang menyebabkan peristiwa tersebut.

“Jenis inversi paralel ini belum pernah dilakukan dalam model ilmu bumi sebelumnya. Metode kami dapat ditingkatkan hingga ribuan prosesor, memberi kami ruang solusi yang lebih luas untuk dijelajahi, dan sepenuhnya tahan terhadap bias manusia,” kata Cox.

“Sejauh ini, orang-orang di bidang kami lebih terkesan dengan kebaruan metode ini dibandingkan hasil yang kami peroleh,” katanya sambil tertawa. “Setiap sistem di bumi yang kita tahu dampaknya, tapi bukan penyebabnya, siap untuk terbalik. Semakin baik kita mengetahui keluarannya, semakin baik kita dapat menjelaskan masukan yang menyebabkannya.”

Referensi: “Inversi Bayesian terhadap emisi dan produktivitas ekspor melintasi batas End-Cretaceous” oleh Alexander A. Cox dan C. Brynhen Keller, 28 September 2023, Sains.
doi: 10.1126/science.adh3875