Neue Computeranalyse deutet darauf hin, dass Vulkanismus die Dinosaurier ausgelöscht hat, nicht ein Asteroid.

Jahrzehntelang haben Wissenschaftler heftig darüber diskutiert, ob ein Asteroideneinschlag oder massive Vulkanausbrüche vor 66 Millionen Jahren das Ende der Dinosaurierherrschaft herbeigeführt haben. Damals starben etwa drei Viertel allen Lebens auf der Erde aus, einschließlich aller nicht-vogelartigen Dinosaurier, was ein dramatisches Ende des Kreidezeitalters bedeutete.

Jetzt haben Forscher eine neue Methode entwickelt, um den wahren Dino-Killer zu identifizieren: Sie lassen Computer darüber grübeln.

Das Ergebnis dieser berechnenden Bemühungen legt nahe, dass massive Gasausbrüche durch die Eruptionen der Deccan-Traps allein in der Lage waren, das Aussterbeereignis zu verursachen, berichtet das Team am 29. September in Science. Diese Eruptionen, die etwa eine Million Jahre dauerten, schleuderten massive Mengen gasreichen Lavas über das heutige westliche Indien.

"Anstatt es aus der Perspektive von 'lasst uns die Vulkane beschuldigen und erklären warum' oder 'lasst uns die Asteroiden beschuldigen und erklären warum' zu betrachten, war das Ziel, so wenig menschliche Eingaben oder Voreingenommenheit wie möglich in den Prozess einzubringen", sagt der Dartmouth-Computational-Geologe Alexander Cox.

Die Idee bestand darin, rückwärts zu arbeiten und Beweise vom Tatort zu verwenden. Die Wissenschaftler haben eine Rauchwaffe: In tiefen Meersedimenten gebohrte Kerne enthalten geologische Daten, die auf tödliche Gasausbrüche in die Atmosphäre hinweisen, insbesondere auf klimawandelnde Kohlendioxid- und ozeanversauernde Schwefeldioxid.

Aber solche Gase hätten vom Asteroideneinschlag stammen können, da er die Gesteine auf der Oberfläche des Planeten verbrannt hat, sagt Cox, oder von den Eruptionen der Deccan-Traps.

Bisherige Versuche, die Quelle der Gase zu verstehen, konzentrierten sich auf die Zeitabfolge und untersuchten Impulse der Lava-Aufbringung während der Eruptionen der Deccan-Traps, sagt Cox. Aber "wir haben nur die besten Vermutungen darüber, wie viel anfängliches Gas in [der Lava] enthalten war". Geschätzte Kohlendioxid-Konzentrationen in der Lava variieren zum Beispiel um eine Größenordnung, sagt er. "Deshalb haben wir das Problem eher aus einer Gasemissionsperspektive als aus einer Lavaflussperspektive angegangen."

Um die relativen Beiträge der möglichen Schuldigen voneinander zu unterscheiden, verwendeten Cox und der Dartmouth-Geologe C. Brenhin Keller ein statistisches Modell namens Markov-Chain-Monte-Carlo-Ansatz. Dieser Ansatz berücksichtigt systematisch die Wahrscheinlichkeit verschiedener Szenarien von Gasemissionen aus den verschiedenen Quellen und konvergiert zu möglichen Lösungen, während die Ergebnisse der Simulationen immer näher an geologische Beobachtungen heranrücken.

Was den Ansatz der Forscher besonders kraftvoll machte, war, dass sie 128 verschiedene Prozessoren nutzten, um Szenarien parallel ablaufen zu lassen, sagt Cox. "Alle Prozessoren verglichen dann am Ende jeder Modelllaufzeit, wie sie dastehen, wie Klassenkameraden, die ihre Antworten vergleichen." Diese parallele Berechnung bedeutete, dass Berechnungen, die sonst ein Jahr gedauert hätten, nur wenige Tage in Anspruch nahmen.

Die Beobachtungen, die Cox und Keller verwendeten, waren aus Daten, die aus drei in tiefes Meeressediment gebohrten Kernen gesammelt wurden, die jeweils zwischen 67 und 65 Millionen Jahre alt waren. In diesen Sedimenten befinden sich Foraminiferen, mikroskopisch kleine, ozeanbewohnende Organismen, deren Karbonatschalen verschiedene Isotope oder Formen von Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten. Die chemische Zusammensetzung der Schalen zeichnet die Ozeanchemie zur Zeit ihrer Bildung auf und kann daher als Proxy verwendet werden, um vergangene globale Temperaturen sowie die Anzahl der im Ozean gedeihenden Lebewesen und die Menge an Kohlenstoff, die zwischen Atmosphäre, Ozean und Land wandert, zu ermitteln.

Die Computersimulationen ergaben, dass allein die Menge an Gas, die durch die Vulkanismus in die Atmosphäre gespuckt wurde, ausreichte, um die Temperatur- und Kohlenstoffzyklusänderungen zu erklären, die aus den Foraminiferendaten in den Bohrkernen ermittelt wurden.

Was den Asteroideneinschlag betrifft, der den riesigen Chicxulub-Krater im heutigen Mexiko bildete, ergab die Analyse, dass er wahrscheinlich keinen großen Anstieg des Kohlendioxid- oder Schwefeldioxidgehalts verursachte.

Aber viele Wissenschaftler sind nicht überzeugt, dass diese Ergebnisse die ultimative Antwort auf diese langjährige, komplexe Frage liefern. "Es ist eine elegante Methode, dieses Problem anzugehen", sagt Sierra Petersen, eine Geochemikerin an der Universität von Michigan in Ann Arbor. Das Modellieren auf diese Weise "gibt die Freiheit, die konsensuelle Lösung zu finden, unter Berücksichtigung mehrerer Proxy-Aufzeichnungen. Allerdings hängt das Ergebnis wie bei jedem Modell von den Eingabedaten ab."

Petersen weist darauf hin, dass Foraminiferenschalen kein ideales Proxy für alte Temperaturen sind: Die Sauerstoff-Isotopenverhältnisse in den Schalen können sich nicht nur durch die Temperatur, sondern auch durch die Zusammensetzung des Meerwassers verändern. Unterschiedliche Temperaturproxis würden wahrscheinlich zu unterschiedlichen Mustern der im Modell reproduzierten Gasfreisetzung führen, sagt Petersen.

As for the mass extinction culprit, she adds, “it’s a bit of a leap to say that this study shows the impact didn’t cause the extinction. I think what they show is that the impact was likely not associated with a large [gas] release.” But the asteroid, she says, still could have had other deadly impacts on the planet’s environment.  

Indeed, “the Chicxulub impact led to many devastating effects beyond the carbon dioxide and sulfur dioxide emissions explored in this study,” says Clay Tabor, a paleoclimatologist at the University of Connecticut in Storrs.

Those include massive clouds of soot and dust kicked up from pulverized rocks due to the impact, he says. Previous research has suggested this dust may have dimmed the amount of sunlight reaching the Earth by as much as 20 percent, inducing a frigid winter that swiftly killed off plants and destroyed habitats (SN: 7/17/20).

What’s more, the new study suggests that the asteroid impact didn’t have a long-term effect on the planet’s carbon cycle, based on carbon isotope data recorded in the foraminifera shells for the million years after the extinction. But there was an abrupt drop in the abundance of those creatures corresponding to the time of the impact, Tabor says. “The rapid rate of change caused by the Chicxulub impact was likely responsible for its effects on life.”

“Many geochemical records spanning the [extinction event], as well as this modeling work, cannot capture well the rates of change associated with the Chicxulub impact,” he says. “The impact may have released significantly less CO2 and SO2 than the Deccan Traps, but it did so almost instantaneously.” So even if the asteroid impact released fewer gases overall, Tabor says, the speediness of that release could have been devastating all the same.

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