火山か小惑星か？ 人工知能が恐竜絶滅事件を巡る論争に終止符を打つ

自由な発想のコンピューターが化石記録をリバースエンジニアリングして、災害の原因を特定しました。

大規模な小惑星の衝突または火山活動が恐竜や他の多くの生物の絶滅の原因となったかどうかについての長年の議論に対処するため。 分類する 6,600万年前、ダートマス大学のチームは科学者を議論から遠ざけ、コンピューターに決定を委ねる革新的なアプローチを採用しました。

研究者らが雑誌で報告 科学 相互接続されたプロセッサを活用した新しいモデリング手法で、人間の介入なしに地質データと気候データのセットを処理できます。 彼らは、約 130 人の処理業者に化石記録を逆方向に分析して、これにつながった出来事と条件を特定しました。 白亜紀– 古第三紀（K-Pg）の絶滅事件は、最初の人類を生み出した霊長類を含む哺乳類の台頭への道を開きました。

歴史上の出来事に対する新たな視点

「私たちの動機の一部は、事前に指定された仮説や偏見なしでこの質問を評価することでした」と、この研究の筆頭著者であり、ダートマス地球科学科の大学院生であるアレックス・コックスは述べた。 「ほとんどのモデルは順方向に進みます。私たちは炭素循環モデルを逆方向​​に機能するように適応させ、統計を通じて原因を強制的に見つけ出すことを利用し、特定の結果に向けて機能する際に最小限の事前情報のみを与えます。」

「最終的には、私たちが何を考えているか、あるいは以前に何を考えていたかは問題ではありません。モデルは、地質学的記録に見られるものに私たちがどのように到達したかを示しています。」と彼は言いました。

このモデルは、K-Pg 絶滅の前後 100 万年間における二酸化炭素排出、二酸化硫黄生成、生物生産性について 30 万以上の考えられるシナリオを分析しました。 ある種のことを通して 機械学習 マルコフ連鎖モンテカルロとして知られる – スマートフォンが次に入力する内容を予測する方法と似ています – プロセッサーは、データに保存されている結果と一致するシナリオを思いつくまで、独自に連携して結論を​​比較、修正、再計算しました。化石記録。

絶滅の原因を解明する

化石記録にある地球化学的遺物と有機物遺物は、K-Pg 絶滅の際に起こった壊滅的な状況を明確に示しており、この名前は数千年続いた大惨事の両側の地質時代にちなんで名付けられました。 太陽を汚染する硫黄、浮遊金属、熱を閉じ込める二酸化炭素を多く含む不安定な大気が凍結状態から灼熱状態まで激しく変動するため、食物網が崩壊し、世界中の動植物が大規模な死滅に見舞われている。

影響は明らかですが、絶滅の原因は解決されていません。 この出来事を火山噴火に帰する初期の理論は、チクシュルーブとして知られるメキシコでの衝突クレーターの発見によって覆い隠されました。チクシュルーブは、現在この絶滅事件の主な原因であると考えられている幅数マイルの小惑星によって作られました。 しかし、化石証拠が地球の歴史の中で類を見ないワン・ツー・パンチを示唆しているため、理論は収束し始めている。小惑星は、インド西部のデカン・トラップですでに大規模で非常に激しい火山噴火に見舞われている惑星に衝突した可能性がある。

しかし科学者たちは、それぞれの出来事が大量絶滅にどれだけ寄与したかをまだ知りませんし、同意もしていません。 そこで、コックス氏と彼の指導教官であるブレンヘン・ケラー氏（ダートマス大学地球科学助教授で、この研究の共著者）は、「コードに決定させたら何が得られるか試してみよう」と決意した。

モデリング結果と火山強制力

彼らのモデルは、デカントラップからの気候変動ガスの流入だけでも、地球規模の絶滅を引き起こすのに十分である可能性があることを示唆しています。 トラップはチクシュルーブ小惑星の約30万年前に爆発した。 約100万年間の噴火の間に、デカン・トラップは最大10.4兆トンの二酸化炭素と9.3兆トンの硫黄を大気中に汲み上げたと推定されている。

「火山が大量絶滅を引き起こす可能性があることは歴史的に知られているが、これは環境への影響の証拠から導き出された揮発性物質排出量の独立した推定としては初めてだ」とケラー氏は述べ、地球上の大量絶滅の5件のうち4件を関連づける研究結果を昨年発表した。 火山。

「私たちのモデルは、地質学的記録に見られる気候と炭素循環の混乱を引き起こすためにどのくらいの二酸化炭素と二酸化硫黄が必要になるかを判断するために、人間の偏見なしに独立してデータを処理しました。」 「デカンの火山活動とK-Pgの絶滅の関係を決定するには人間の偏見があった」と、デカンの火山活動とK-Pgの絶滅の関係を幅広く研究してきたケラー氏は語った。デカントラップからの排出物に現れることが期待されます。」

小惑星の衝突と現代の状況

このモデルは、チクシュルーブ衝突の前後に深海での有機炭素の蓄積が急激に減少していることを明らかにしており、これはおそらく小惑星が多くの動植物種の絶滅を引き起こした結果であると考えられます。 記録には、巨大な隕石が硫黄を豊富に含む地表に衝突した際に空中に投げ出されたであろう、短命の冷却剤である大量の硫黄によって引き起こされた可能性があるほぼ同時期の気温低下の痕跡が含まれている。地球上のその地域で。

小惑星の衝突では、二酸化炭素と硫黄の両方が放出される可能性も高い。 しかし、このモデルでは、当時どちらのガスの排出量も増加していないことが判明し、この小惑星の絶滅への寄与はガス排出量に左右されないことが示唆された。

結論: 方法論の革新と将来の応用

コックス氏は、現代の文脈で言えば、2000年から2023年までの化石燃料の燃焼により、年間約160億トンの二酸化炭素が大気中に排出されたと述べた。 これは、科学者がデカントラップから予想する年間排出量の最高値の 100 倍です。 それ自体は憂慮すべきことだが、現在の二酸化炭素排出量が古代の火山の総排出量に匹敵するまでには数千年かかるだろうとコックス氏は述べた。

「さらに心強いのは、我々の結果が大規模で物理的に妥当であるということです。事前の強い制約がなければモデルが技術的にかなり暴走していた可能性があることを考えると、これは印象的です」と彼は述べた。

コックス氏によると、プロセッサーを接続することで、モデルがこのような膨大なデータセットを分析するのにかかる時間が、数か月、数年から数時間に短縮されたという。 彼の方法と、他の地球システム (気候や炭素循環など) のモデルを反転する方法は、結果がよく知られている地質学的事象を評価するために使用できますが、それらの事象を引き起こした要因を評価することはできません。

「このタイプの並列反転は、これまで地球科学モデルでは行われたことがありません。私たちの方法は数千のプロセッサに拡張できるため、探索するはるかに広い解決空間が得られ、人間の偏見に完全に耐性があります。」とコックス氏は述べています。

「これまでのところ、私たちの分野の人々は結果よりも手法の斬新さに感銘を受けています」と彼は笑いながら語った。 「原因はわかっているものの、その影響はわかっている地球システムは、転覆する可能性があります。出力をよく知れば知るほど、その原因となった入力をより正確に説明できるようになります。」

参考文献：「白亜紀末境界を越える排出量と輸出生産性のベイズ逆変換」Alexander A. コックスとC. ブリンヘン・ケラー、2023 年 9 月 28 日、 科学。
土井: 10.1126/science.adh3875