Une nouvelle étude élimine les préjugés humains du débat sur la disparition des dinosaures

Les chercheurs rapportent dans la revue Science une nouvelle méthode de modélisation alimentée par des processeurs interconnectés capables de traiter des quantités de données géologiques et climatiques sans intervention humaine. Ils ont chargé près de 130 processeurs d’analyser les archives fossiles à l’envers pour identifier les événements et les conditions qui ont conduit à l’extinction du Crétacé-Paléogène (K-Pg) qui a ouvert la voie à l’ascendance des mammifères, y compris des primates, qui conduirait au début de l’extinction. humains.

“Une partie de notre motivation était d’évaluer cette question sans hypothèse ou biais prédéterminés”, a déclaré Alex Cox, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre de Dartmouth. “La plupart des modèles vont dans le sens direct. Nous avons adapté un modèle du cycle du carbone pour qu’il fonctionne dans l’autre sens, en utilisant l’effet pour trouver la cause à l’aide de statistiques, en lui donnant seulement le strict minimum d’informations préalables alors qu’il avançait 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 d’émissions de dioxyde de carbone, de production de dioxyde de soufre et de productivité biologique au cours du million d’années précédant et suivant l’extinction du K-Pg. Grâce à un type d’apprentissage automatique connu sous le nom de chaîne de Markov Monte Carlo – qui n’est pas sans rappeler 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 parviennent à un scénario qui correspond au résultat conservé dans les archives fossiles.

Les vestiges géochimiques et organiques des archives fossiles capturent clairement les conditions catastrophiques survenues lors de l’extinction du K-Pg, ainsi nommée en référence aux périodes géologiques situées de part et d’autre du cataclysme millénaire. Les animaux et les plantes du monde entier ont souffert d’une mortalité massive alors que les réseaux alimentaires se sont effondrés sous une atmosphère instable qui – chargée de soufre qui bloque le soleil, de minéraux en suspension dans l’air et de dioxyde de carbone qui emprisonne la chaleur – oscille de manière sauvage entre des conditions glaciales et des conditions torrides.

Bien que l’effet soit clair, la cause de l’extinction n’est pas 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, causé par un astéroïde de plusieurs kilomètres de large, que l’on considère désormais comme le principal responsable de l’extinction. Les théories ont cependant commencé à converger, car les preuves fossiles suggèrent un double coup sans précédent dans l’histoire de la Terre : l’astéroïde pourrait avoir percuté une planète déjà ébranlée par les éruptions massives et extrêmement violentes des volcans des pièges du Deccan, dans l’ouest de l’Inde.

Mais les scientifiques ne savent toujours pas – ni ne sont d’accord sur – dans quelle mesure chaque événement a contribué à l’extinction massive. Ainsi, Cox et son conseiller Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la terre à Dartmouth et co-auteur de l’étude, ont décidé de “voir ce que vous obtiendriez si vous laissiez le code décider”.

Leur modèle suggérait que l’émission de gaz altérant le climat provenant des pièges du Deccan aurait pu suffire à elle seule à déclencher l’extinction mondiale. Les pièges étaient en éruption depuis environ 300 000 ans avant l’astéroïde Chicxulub. Au cours de leurs éruptions de près d’un million d’années, on estime que les pièges du Deccan ont pompé jusqu’à 10 400 milliards de tonnes de dioxyde de carbone et 9 300 milliards 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 basée sur la preuve de leurs effets environnementaux”, a déclaré Keller, qui a publié l’année dernière un article reliant quatre des cinq extinctions massives de la Terre à volcanisme.

“Notre modèle a analysé les données de manière indépendante et sans biais humain pour déterminer la quantité de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre nécessaire pour produire les perturbations du climat et du cycle du carbone que nous observons dans les archives géologiques. Ces quantités se sont avérées cohérentes avec ce que nous prévoyons. voir dans les émissions des pièges du Deccan”, a déclaré Keller, qui a beaucoup travaillé pour examiner le lien entre le volcanisme du Deccan et l’extinction du K-Pg.

Le modèle a révélé une forte baisse de l’accumulation de carbone organique dans les profondeurs de l’océan au moment de l’impact de Chicxulub, probablement due au fait que l’astéroïde a provoqué la disparition de nombreuses espèces animales et végétales. Le dossier contient des traces d’une baisse de température à peu près au même moment qui aurait été causée par la grande quantité de soufre – un agent de refroidissement à court terme – que la météorite mammouth aurait éjectée dans l’air lors de sa collision avec le soufre. surface riche sur cette zone de la planète.

L’impact de l’astéroïde aurait également probablement émis du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre. Cependant, le modèle a révélé qu’il n’y avait pas de pic dans les 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.

Dans le contexte moderne, a déclaré Cox, la combustion de combustibles fossiles entre 2000 et 2023 a rejeté environ 16 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère par an. C’est 100 fois plus élevé que le taux d’émission annuel le plus élevé prévu par les scientifiques pour les pièges du Deccan. Bien qu’alarmant en soi, il faudrait encore quelques milliers d’années pour que les émissions actuelles de dioxyde de carbone atteignent la quantité totale rejetée par les anciens volcans, a déclaré Cox.

“Le plus encourageant est que les résultats que nous avons obtenus sont globalement physiquement plausibles, ce qui est impressionnant étant donné que le modèle aurait pu techniquement fonctionner de manière complètement sauvage sans contraintes préalables plus fortes”, a-t-il déclaré.

L’interconnexion des processeurs a réduit le temps nécessaire au modèle pour analyser un ensemble de données aussi massif de plusieurs mois ou années à quelques heures, a déclaré Cox. Sa méthode et celle de Keller peuvent être utilisées pour inverser d’autres modèles de systèmes terrestres – tels que ceux du climat ou du cycle du carbone – afin d’évaluer des événements géologiques dont les résultats sont bien connus mais pas les facteurs qui y ont conduit.

“Ce type d’inversion parallèle n’a jamais été réalisé dans les modèles des sciences de la Terre auparavant. Notre méthode peut être étendue pour inclure des milliers de processeurs, ce qui nous donne un espace de solutions beaucoup plus large à explorer, et elle est assez résistante aux préjugés humains”, Cox dit.

“Jusqu’à présent, les gens dans notre domaine ont été plus fascinés par la nouveauté de la méthode que par la conclusion à laquelle nous sommes parvenus”, a-t-il ri. “Tout système terrestre dont nous connaissons l’effet mais pas la cause est mûr pour l’inversion. Mieux nous connaissons le résultat, mieux nous sommes en mesure de caractériser l’entrée qui l’a provoqué.”