В своем исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи рассказывают о новом подходе к моделированию, основанном на взаимосвязанных компьютерах, способных обрабатывать массивы геологических и климатических данных без помощи человека. Они поручили около 130 процессорам анализировать записи об окаменелостях в обратной последовательности, чтобы точно определить события и условия, приведшие к вымиранию в конце мелового периода (K-Pg), когда появились млекопитающие, включая приматов, которые лишились и дали начало эволюции людей.
Мы хотели оценить этот вопрос без предвзятости или предположений. Большинство моделей работают в прямом направлении. Мы использовали модель углеродного цикла, чтобы работать в обратном направлении, используя небольшое количество предварительной информации, чтобы найти причину с помощью статистики и прийти к конкретному результату.
Такой тип параллельной инверсии ранее не применялся в моделях наук о Земле. Наш метод может быть масштабирован для включения тысяч процессоров, что дает нам гораздо более широкое пространство для изучения, и он довольно устойчив к человеческой предвзятости. До сих пор люди в нашей области были больше очарованы новизной метода, чем выводами, к которым мы пришли. Любая земная система, для которой мы знаем следствие, но не причину, созрела для инверсии. Чем лучше мы знаем результат, тем лучше мы можем охарактеризовать входные данные, которые его вызвали
Такой тип параллельной инверсии ранее не применялся в моделях наук о Земле. Наш метод может быть масштабирован для включения тысяч процессоров, что дает нам гораздо более широкое пространство для изучения, и он довольно устойчив к человеческой предвзятости. До сих пор люди в нашей области были больше очарованы новизной метода, чем выводами, к которым мы пришли. Любая земная система, для которой мы знаем следствие, но не причину, созрела для инверсии. Чем лучше мы знаем результат, тем лучше мы можем охарактеризовать входные данные, которые его вызвали
— Алекс Кокс, первый автор исследования и аспирант Дартмутского университета.
Используя метод машинного обучения, известный как цепь Маркова Монте-Карло, который похож на работу алгоритма смартфона, способного предугадать вашу следующую фразу, компьютеры работали независимо друг от друга, чтобы сравнить, пересмотреть и пересчитать свои выводы, пока не достигли сценария, соответствующего реальным событиям, отраженным в окаменелостях.
По словам Кокса, использование параллельных процессоров значительно сократило время, необходимое для анализа огромных объемов данных. Если раньше такой анализ мог занимать месяцы или даже годы, то с помощью методов Кокса и Келлера это можно сделать всего за несколько часов. Более того, эти методы могут быть применены и для обратного анализа других моделей, таких как модели климата или углеродного цикла. Например, они могут использоваться для оценки геологических событий, результаты которых хорошо известны, но неизвестно, какие факторы привели к их возникновению.
Геохимические и органические остатки, найденные в окаменелостях, ясно указывают на катастрофические условия во время вымирания K-Pg. Животные и растения по всему миру пострадали от массового вымирания, вызванного разрушением пищевых цепей в нестабильной атмосфере, насыщенной серой, содержащейся в выбросах вулканов и удерживающей тепло углекислого газа.
Хотя эффект вымирания понятен, его причина остается неясной. Ранние теории связывали событие с извержениями вулканов, однако открытие ударного кратера в Мексике, известного как Чиксулуб, указывает на то, что астероид, столкнувшийся с Землей, был главным источником вымирания. Однако исследования свидетельствуют о том, что оба события, возможно, имели влияние на массовое исчезновение. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, в какой степени каждое из этих событий способствовало вымиранию. Поэтому Кокс и его научный руководитель, Бренхин Келлер, решили посмотреть, какой результат даст алгоритм.
Их модель предположила, что выбросы газов, вызванные извержениями вулканов в Деканских траппах, могли спровоцировать глобальное вымирание. Вулканы извергались около 300 000 лет до столкновения с астероидом. Оценки показывают, что в течение почти 1 миллиона лет выбросы вулканов выпустили в атмосферу около 10,4 триллионов тонн углекислого газа и 9,3 триллионов тонн серы.
