Vulkane oder Asteroiden? Künstliche Intelligenz beendet die Kontroverse um das Dinosaurier-Aussterben

Frei denkende Computer haben den Fossilienbestand rekonstruiert, um die Ursachen der Katastrophe zu ermitteln.

Um die langjährige Debatte darüber anzusprechen, ob ein massiver Asteroideneinschlag oder vulkanische Aktivität zum Aussterben von Dinosauriern und vielen anderen Lebewesen geführt hat. Klassifizieren Vor 66 Millionen Jahren verfolgte ein Team am Dartmouth College einen innovativen Ansatz, indem es Wissenschaftler aus der Debatte heraushielt und Computer entscheiden ließ.

Forscher berichten im Magazin Wissenschaften Eine neue Modellierungsmethode, die auf miteinander verbundenen Prozessoren basiert und geologische und klimatische Datenmengen ohne menschliches Eingreifen verarbeiten kann. Sie beauftragten etwa 130 Prozessoren, den Fossilienbestand rückwärts zu analysieren, um die Ereignisse und Bedingungen zu ermitteln, die dazu geführt haben. Kreidezeit– Das Aussterben im Paläogen (K–Pg) ebnete den Weg für den Aufstieg von Säugetieren, einschließlich Primaten, aus denen die ersten Menschen hervorgingen.

Eine neue Perspektive auf historische Ereignisse

„Ein Teil unserer Motivation bestand darin, diese Frage ohne eine vorab festgelegte Hypothese oder Voreingenommenheit zu bewerten“, sagte Alex Cox, Erstautor der Studie und Doktorand am Department of Geosciences in Dartmouth. „Die meisten Modelle gehen in eine Vorwärtsrichtung. Wir haben das Modell des Kohlenstoffkreislaufs so angepasst, dass es in die andere Richtung funktioniert, indem wir die Ursache mithilfe von Statistiken ermitteln und ihm nur minimale Vorinformationen geben, während es auf ein bestimmtes Ergebnis hinarbeitet.“

„Letztendlich spielt es keine Rolle, was wir denken oder was wir zuvor gedacht haben – das Modell zeigt uns, wie wir zu dem gekommen sind, was wir in den geologischen Aufzeichnungen sehen“, sagte er.

Das Modell analysierte mehr als 300.000 mögliche Szenarien für Kohlendioxidemissionen, Schwefeldioxidproduktion und biologische Produktivität in den Millionen Jahren vor und nach dem K-Pg-Aussterben. Durch eine Art Maschinelles Lernen Bekannt als Markov-Kette Monte Carlo – nicht unähnlich der Art und Weise, wie ein Smartphone vorhersagt, was Sie als Nächstes eingeben werden – arbeiteten die Prozessoren unabhängig voneinander zusammen, um ihre Schlussfolgerungen zu vergleichen, zu überarbeiten und neu zu berechnen, bis sie ein Szenario entwickelten, das mit dem im gespeicherten Ergebnis übereinstimmte Fossilien.

Die Ursachen des Aussterbens entdecken

Geochemische und organische Überreste im Fossilienbestand zeigen deutlich die katastrophalen Bedingungen, die während des K-Pg-Aussterbens auftraten, benannt nach den geologischen Perioden auf beiden Seiten der Katastrophe, die Tausende von Jahren andauerten. Tiere und Pflanzen auf der ganzen Welt haben ein massives Aussterben erlitten, da die Nahrungsnetze zusammengebrochen sind, während eine instabile Atmosphäre – beladen mit sonnenverschmutzendem Schwefel, in der Luft schwebenden Metallen und wärmespeicherndem Kohlendioxid – stark von eiskalten zu sengenden Bedingungen wechselt.

Während die Auswirkung klar ist, ist die Ursache des Aussterbens noch nicht geklärt. Frühe Theorien, die das Ereignis auf Vulkanausbrüche zurückführten, wurden durch die Entdeckung eines Einschlagskraters in Mexiko namens Chicxulub überschattet, der von einem kilometergroßen Asteroiden erzeugt wurde, von dem man heute annimmt, dass er hauptsächlich für das Aussterben verantwortlich ist. Die Theorien beginnen sich jedoch anzunähern, da fossile Beweise auf einen Doppelschlag wie noch nie in der Erdgeschichte hinweisen: Der Asteroid könnte mit einem Planeten kollidiert sein, der bereits unter massiven, extrem heftigen Vulkanausbrüchen in den Deccan Traps im Westen Indiens leidet.

Aber Wissenschaftler wissen immer noch nicht – und sind sich nicht einig –, wie viel jedes Ereignis zum Massensterben beigetragen hat. Deshalb beschlossen Cox und sein Berater Brenhen Keller, Assistenzprofessor für Geowissenschaften in Dartmouth und Mitautor der Studie, „zu sehen, was man bekommt, wenn man den Code entscheiden lässt“.

Modellierungsergebnisse und vulkanische Auswirkungen

Ihr Modell legt nahe, dass allein der Zustrom klimaverändernder Gase aus den Deccan-Fallen ausreichen könnte, um das globale Aussterben auszulösen. Die Fallen explodierten etwa 300.000 Jahre vor dem Chicxulub-Asteroiden. Schätzungen zufolge haben die Deccan-Fallen während der etwa eine Million Jahre andauernden Ausbrüche bis zu 10,4 Billionen Tonnen Kohlendioxid und 9,3 Billionen Tonnen Schwefel in die Atmosphäre gepumpt.

„Wir wissen aus der Vergangenheit, dass Vulkane Massenaussterben verursachen können, aber dies ist die erste unabhängige Schätzung flüchtiger Emissionen, die auf Beweisen ihrer Umweltauswirkungen basiert“, sagte Keller, der letztes Jahr Forschungsergebnisse veröffentlichte, die vier von fünf Massenaussterben auf der Erde in Verbindung bringen. Vulkane.

„Unser Modell hat die Daten unabhängig und ohne menschliche Voreingenommenheit durchgearbeitet, um zu bestimmen, wie viel Kohlendioxid und Schwefeldioxid erforderlich wären, um die Störungen des Klimas und des Kohlenstoffkreislaufs hervorzurufen, die wir in den geologischen Aufzeichnungen sehen. „Wir sehen viele Daten, “, sagte Keller, der intensiv daran gearbeitet hat, den Zusammenhang zwischen Deccan-Vulkanismus und dem K-Pg-Aussterben zu untersuchen. „Es stellte sich heraus, dass diese Mengen mit dem übereinstimmten, was wir bei den Emissionen von Deccan-Fallen erwarten würden.“

Asteroideneinschlag und moderner Kontext

Das Modell hat einen starken Rückgang der Ansammlung von organischem Kohlenstoff in der Tiefsee zum Zeitpunkt des Chicxulub-Einschlags gezeigt, der wahrscheinlich darauf zurückzuführen war, dass der Asteroid das Aussterben vieler Tier- und Pflanzenarten verursachte. Die Aufzeichnung enthält Spuren eines Temperaturabfalls etwa zur gleichen Zeit, der durch eine große Menge Schwefel – ein kurzlebiges Kühlmittel – verursacht worden sein könnte, das der massive Meteorit beim Auftreffen auf die schwefelreiche Oberfläche in die Luft geschleudert hätte in dieser Region des Planeten. .

Der Asteroideneinschlag würde wahrscheinlich auch Kohlendioxid und Schwefel freisetzen. Das Modell stellte jedoch fest, dass es zu diesem Zeitpunkt keinen Anstieg der Emissionen beider Gase gab, was darauf hindeutet, dass der Beitrag des Asteroiden zum Aussterben nicht von den Gasemissionen abhängt.

Fazit: Methodische Innovation und zukünftige Anwendungen

Im modernen Kontext, sagte Cox, führte die Verbrennung fossiler Brennstoffe im Zeitraum 2000 bis 2023 dazu, dass jährlich etwa 16 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre gepumpt wurden. Dies ist 100-mal höher als die höchste jährliche Emissionsrate, die Wissenschaftler von den Deccan-Fallen erwarten. Obwohl dies an sich schon alarmierend sei, werde es einige tausend Jahre dauern, bis die aktuellen Kohlendioxidemissionen die Gesamtmenge erreichen, die von alten Vulkanen ausgestoßen wurde, sagte Cox.

„Was noch ermutigender ist, ist, dass unsere Ergebnisse im großen Maßstab physikalisch plausibel sind, was beeindruckend ist, wenn man bedenkt, dass das Modell ohne stärkere vorherige Einschränkungen technisch ziemlich aus dem Ruder gelaufen wäre“, sagte er.

Durch die Verbindung der Prozessoren habe sich die Zeit, die das Modell für die Analyse eines so großen Datensatzes benötigt, von Monaten oder Jahren auf Stunden verkürzt, sagte Cox. Seine Methode und seine Methode, Modelle anderer Erdsysteme – etwa des Klimas oder des Kohlenstoffkreislaufs – umzukehren, können zur Bewertung geologischer Ereignisse verwendet werden, deren Folgen wohl bekannt sind, nicht jedoch die Faktoren, die zu diesen Ereignissen geführt haben.

„Diese Art der parallelen Inversion wurde in geowissenschaftlichen Modellen noch nie zuvor durchgeführt. Unsere Methode kann auf Tausende von Prozessoren skaliert werden, was uns einen viel größeren Lösungsraum zur Erforschung bietet und völlig resistent gegen menschliche Voreingenommenheit ist“, sagte Cox.

„Bisher waren die Leute in unserem Bereich mehr von der Neuheit der Methode als von unserem Ergebnis beeindruckt“, sagte er lachend. „Jedes Erdsystem, dessen Wirkung, aber nicht seine Ursache wir kennen, ist bereit zu kentern. Je besser wir die Outputs kennen, desto besser können wir die Inputs beschreiben, die sie verursacht haben.“

Referenz: „Bayesianische Inversion von Emissionen und Exportproduktivität über die Grenze der Endkreidezeit hinweg“ von Alexander A. Cox und C. Brynhen Keller, 28. September 2023, Wissenschaften.
doi: 10.1126/science.adh3875