这篇文章介绍了达特茅斯大学研究人员采用计算机驱动的新建模方法来分析导致白垩纪-古新世灭绝事件的原因，消除了人类干预的因素。研究表明，德干陷阱火山的气候变化气体排放可能比Chicxulub小行星的撞击对全球性灭绝事件的贡献更显著。这项研究展示了模型分析在揭示古代地球灾难性事件中的重要性，同时对气候变化和地球环境的影响提供了启示。该研究方法可以应用于其他地球系统模型，拓展了我们对地球科学领域的理解。最终，这项研究为如何更客观地评估地球系统中复杂事件提供了重要参考。预计阅读全文所需时间约为6-7分钟。*
恐龙和地球上其他生物是如何灭绝的？是巨大的小行星撞击还是火山喷发导致的？为了解决这个科学争论，达特茅斯大学的研究人员采用了一种新方法——他们将科学家排除在争论之外，让计算机来决定。
达特茅斯学院的研究生亚历克斯·考克斯和他的导师布伦欣·凯勒在《科学》杂志上发表了一篇报告，介绍了一种由互连处理器驱动的新建模方法，可以在没有人类干预的情况下处理大量的地质和气候数据。他们让近130台处理器逆向分析化石记录，以确定导致白垩纪-古新世灭绝事件的事件和条件，这个事件为哺乳动物的崛起铺平了道路，包括导致早期人类的灵长类动物。
该研究的第一作者、地球科学系的研究生考克斯说：“我们的动机之一是要在没有预定假设或偏见的情况下评估这个问题。大多数模型都是向前运行的。我们改编了一个碳循环模型，让它以统计学的方式找出原因，只给予了它最少的先验信息，让它朝着特定的结果工作。”
他说：“最终，我们的想法或之前的观点无关紧要——模型向我们展示了地质记录中的现象是如何发生的。”
这个模型分析了白垩纪-古新世灭绝事件前后100万年内的二氧化碳排放、二氧化硫排放和生物生产力的300,000多种可能情景。通过一种被称为马尔可夫链蒙特卡洛的机器学习方法，这些处理器独立工作，比较、修订和重新计算它们的结论，直到找到与化石记录中保存的结果相匹配的情景。这个方法有点类似于智能手机预测用户输入的方式。
地质记录中的地球化学和有机遗迹清楚地捕捉到了白垩纪-古新世灭绝事件期间的灾难性情况，这个事件因跨越数千年的灾难性变化而得名。世界各地的动植物都在不稳定的大气层下遭受了大规模的死亡，这个大气层充斥着遮挡阳光的硫、悬浮的矿物质和吸热的二氧化碳，气温从极寒到酷热不断波动。
尽管效果显而易见，但导致这次灭绝的原因尚未解决。最早的理论认为这次事件是由火山喷发引起的，但后来发现在墨西哥有一处由一颗数英里宽的小行星撞击造成的坑，被称为Chicxulub坑，现在人们普遍认为这颗小行星主要是导致灭绝事件的原因。然而，随着化石证据表明这是地球历史上前所未有的“一拳两击”：这颗小行星撞击地球的时候在印度西部的德干陷阱火山正在极端猛烈喷发。
但科学家们仍然无法确定，也没有达成一致意见，每个事件对大规模灭绝的贡献程度如何。因此，考克斯和凯勒，一位地球科学助理教授，决定“看看如果你让计算机来决定会得到什么结果。”
他们的模型建议，仅仅是德干陷阱的气候改变气体排放可能足以引发全球性的灭绝事件。在Chicxulub小行星撞击之前，这个陷阱已经喷发了大约30万年，估计排放了高达10.4万亿吨的二氧化碳和9.3万亿吨的二氧化硫进入大气中。
凯勒说：“历史上我们知道火山可以引发大规模灭绝，但这是第一次从环境效应的证据中独立估计了挥发性排放的数量。” 凯勒去年发表的一篇论文将地球的五次大规模灭绝中的四次与火山活动联系起来。
他说：“我们的模型独立工作，没有人为的偏见，确定了产生地质记录中看到的气候和碳循环干扰所需的二氧化碳和二氧化硫的数量。这些数量与我们预期从德干陷阱排放的排放一致。”
模型确实显示，在Chicxulub小行星撞击发生时，深海中有机碳积累大幅下降，这可能是由于这颗小行星导致了大量动植物物种的灭绝。同时，记录中也包含了温度下降的痕迹，这可能是由于这颗巨大的陨石撞击到了那个地区富含硫的表面时，将大量的硫——一种短期降温剂—喷射到空气中所导致的。
这颗小行星的撞击也可能排放了二氧化碳和二氧化硫。然而，模型发现，在那个时候，这两种气体的排放没有激增，这表明小行星对灭绝的贡献并不取决于气体排放。
考克斯表示，在现代背景下，从2000年到2023年，化石燃料的燃烧每年排放约160亿吨二氧化碳进入大气中。这比科学家预计从德干陷阱排放的年排放率高100倍。不过，考克斯表示，要使当前的二氧化碳排放量与古代火山排放的总量相匹敌，还需要几千年的时间。
他说：“最令人鼓舞的是，我们取得的结果在广泛的物理范围内都是合理的，这令人印象深刻，考虑到这个模型本来可能完全无约束地运行。” 互连处理器缩短了模型分析如此大规模数据集的时间，从数月或数年缩短到了数小时，考克斯说。他和凯勒的方法可以用于反转其他地球系统模型，比如气候或碳循环模型，以评估已知结果但不知道导致这些结果的因素的地质事件。
考克斯说：“地球科学模型中从未进行过这种并行反演。我们的方法可以扩展到包括数千个处理器，这给了我们更广泛的解决方案空间来探索，而且它相当抵抗人类偏见。”
他说：“到目前为止，我们领域的人更关注这种方法的新颖性，而不是我们得出的结论。任何我们知道效果但不知道原因的地球系统都适用于反演。我们了解输出得越多，就越能够表征导致输出的输入。”
参考资料：Study Removes Human Bias From Debate Over Dinosaurs’ Demise
读者可能会感兴趣的问题：
1. 这项研究是如何通过使用计算机来解决关于恐龙灭绝原因的科学争论的？
答：研究人员从达特茅斯大学使用了互连处理器驱动的新建模方法，让计算机处理大量地质和气候数据来分析白垩纪-古新世灭绝事件的原因，消除了人类干预的因素。
2. 这项研究的模型指出了哪些原因可能导致了白垩纪-古新世灭绝事件？
答：模型的结果表明，德干陷阱火山的气候改变气体排放可能是导致全球性灭绝事件的主要原因，而不仅仅是Chicxulub小行星的撞击。
3. 在这个研究中，科学家们对火山喷发和小行星撞击这两种可能导致恐龙灭绝的原因进行了怎样的评估？
答：模型结果显示，德干陷阱火山在白垩纪-古新世灭绝事件之前的气候变化气体排放可能比Chicxulub小行星的撞击对灭绝事件的贡献更显著。
4. 这项研究的发现对于我们理解古代地球灾难性事件的影响可能是什么？
答：通过模型分析，这项研究提供了重要的线索，揭示了在地质记录中看到的气候和碳循环干扰的量和程度，有助于我们更好地理解古代大规模的灭绝事件。
5. 考虑到目前的二氧化碳排放情况，这项研究对我们认识和应对气候变化有何启示？
答：这项研究的结果引起人们对当前的二氧化碳排放问题的关注，同时也表明即使现代的排放量大幅增加，要达到类似古代大规模火山活动的气体排放水平仍需要数千年的时间。
6. 这项研究的模型如何有助于扩展我们对其他地球系统模型的理解？
答：研究人员指出，他们使用的方法可以应用于其他地球系统模型，如气候或碳循环模型，以评估已知结果但不知道导致这些结果的因素的地质事件，提供了更广泛的解决方案空间来探索地球科学领域的问题。
7. 这项研究对未来的地球科学研究和人类对地球环境的影响有何启示？
答：这项研究所采用的方法和结果表明，通过消除人为偏见和预设观点，我们可以更客观地评估地球系统中的复杂事件，从而更好地了解并预测未来可能发生的地球环境变化。
8. 这项研究如何将科学家排除在争论之外，使模型能够更好地揭示灭绝事件的原因？
答：研究人员采用了一种被称为马尔可夫链蒙特卡洛的机器学习方法，让处理器独立工作，比较、修订和重新计算结论，直到找到与化石记录相匹配的情景，从而在没有人类干预的情况下揭示了白垩纪-古新世灭绝事件的潜在原因。
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