Une équipe de chercheurs dirigée par le Dartmouth College a récemment utilisé une approche innovante pour résoudre le débat de longue date sur les causes de l’extinction massive des dinosaures et de nombreuses autres espèces il y a 66 millions d’années : une collision colossale avec un astéroïde ou des éruptions volcaniques ont-elles conduit à leur disparition ?
Pour éliminer les biais potentiels, les experts ont exclu les scientifiques de l’équation et ont confié la prise de décision aux ordinateurs.
Processeurs interconnectés
La nouvelle technique de modélisation qu’ils ont utilisée utilisait des processeurs interconnectés pour passer au crible de manière autonome de nombreuses données géologiques et climatiques.
Les processeurs ont été chargés d’examiner rétroactivement les archives fossiles pour identifier les séquences et les conditions qui ont abouti à l’événement d’extinction Crétacé-Paléogène (K-Pg). Cet événement a ouvert la voie à l’émergence des mammifères, y compris des primates et éventuellement des premiers humains.
Objet de l’étude
« Une partie de notre motivation était d’évaluer cette question sans hypothèse ou biais prédéterminés », a déclaré l’auteur principal Alex Cox, étudiant diplômé en sciences de la Terre à Dartmouth.
« La plupart des modèles vont dans le sens de l’avenir. 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.
Ce modèle informatique a testé plus de 300 000 scénarios potentiels s’étalant sur un million d’années autour de l’extinction du K-Pg, en tenant compte de variables telles que les émissions de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre et la productivité biologique.
Apprentissage automatique
S’appuyant sur une technique d’apprentissage automatique connue sous le nom de chaîne de Markov Monte Carlo, les processeurs ont fonctionné de manière collaborative mais indépendante, affinant continuellement leurs découvertes jusqu’à ce qu’une conclusion conforme aux archives fossiles soit atteinte.
Les traces laissées dans les fossiles décrivent clairement l’environnement catastrophique lors de l’extinction du K – Pg. Il y a eu d’importantes perturbations écologiques lorsque les chaînes alimentaires se sont effondrées dans une atmosphère qui oscillait considérablement en raison des polluants atmosphériques.
Qu’est-ce qui a causé l’extinction des dinosaures ?
Même si les preuves de cette dévastation sont claires, la cause profonde reste un sujet de débat. Les premières théories faisant état d’éruptions volcaniques ont été éclipsées par la découverte du cratère d’impact de Chicxulub au Mexique, attribué à un astéroïde massif considéré comme le principal catalyseur de l’extinction des dinosaures.
Cependant, des découvertes récentes suggèrent que l’astéroïde aurait pu heurter une Terre déjà déstabilisée par de puissantes éruptions volcaniques dans les pièges du Deccan en Inde.
Pourtant, des incertitudes subsistent quant à la contribution relative de chaque événement à l’extinction. Cela a poussé Cox et son conseiller, Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la Terre à Dartmouth et co-auteur de l’étude, à « voir ce que vous obtiendriez si vous laissiez le code décider ».
Les pièges du Deccan
Leur modèle indique que les émissions des pièges du Deccan auraient pu à elles seules provoquer l’extinction mondiale. Les éruptions du Deccan ont commencé environ 300 000 ans avant l’impact de l’astéroïde, libérant des quantités impressionnantes de gaz sur près d’un million d’années.
« Nous savons historiquement que les volcans peuvent provoquer des extinctions massives, mais il s’agit de la première estimation indépendante des émissions volatiles fondée sur la preuve de leurs effets environnementaux », a expliqué Keller.
« Notre modèle a analysé les données de manière indépendante et sans préjugé 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 de voir dans les émissions des pièges Deccan.
Augmentation des émissions de gaz
Bien que le modèle ait reconnu une baisse significative de l’accumulation de carbone organique dans les régions d’eau profonde autour de la période d’impact de Chicxulub, il n’a révélé aucune augmentation des émissions de gaz au cours de cette période, ce qui implique que le rôle de l’astéroïde dans l’extinction n’était pas principalement lié aux émissions de gaz.
En comparant les événements historiques aux temps modernes, Cox a noté qu’entre 2000 et 2023, la combustion de combustibles fossiles a libéré environ 16 milliards de tonnes de dioxyde de carbone par an, un taux 100 fois plus intense que les émissions annuelles les plus élevées des pièges du Deccan. Cependant, il faudra encore des millénaires pour que les niveaux d’émissions actuels atteignent l’équivalent de la production totale de ces anciennes éruptions.
Des résultats impressionnants
« 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 déclaré Cox.
L’intégration des processeurs a accéléré l’analyse des données, réduisant à quelques heures ce qui aurait pu prendre des années. Cette méthode développée par Cox et Keller peut être appliquée à d’autres modèles de systèmes terrestres, permettant aux chercheurs d’approfondir des événements géologiques bien documentés dont les résultats sont clairs mais les conditions précédentes restent insaisissables.
« 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 », a fait remarquer Cox.
« 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. 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.
L’étude est publiée dans la revue Science.
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