Ein Komet oder Asteroid, der die Erde getroffen hat, weil er nicht schnell genug entdeckt wurde, ist eine der größten natürlichen Bedrohungen der Menschheit und könnte möglicherweise noch schlimmer sein als das Aussterben vor 65 Millionen Jahren. Ob diese Auslöschungsereignisse periodisch sind oder nicht, ist seit langem umstritten. Aber eine neue Analyse könnte diesen spekulativen Bereich der Wissenschaft endgültig zur Ruhe gebracht haben. (NASA / Don Davis)

Entschuldigung, Doomsday Forecasters, die Massensterben der Erde treten zufällig auf

Asteroidenschläge und Supervulkanausbrüche mögen noch Muster aufweisen, aber die Aussterben, die wir erlebt haben, scheinen zufällig aufgetreten zu sein.

Im Laufe der Geschichte des Lebens auf der Erde gab es katastrophale Ereignisse, die eine enorme Anzahl von Arten ausgelöscht haben. Diese Massensterben vernichten einen signifikanten Prozentsatz aller Arten auf der Erde, bis zu und sogar über die Hälfte von ihnen, wenn sie auftreten. In der Vergangenheit der Erde gab es viele große Ereignisse, wie das große Oxidationsereignis, das zu einer Schneeball-Erde führte, die enormen Auswirkungen, die die Dinosaurier auslöschten, oder, am verheerendsten von allen, das permantriassische Ungetüm, das 96% der Meere auslöschte Arten, zusammen mit 70% der Landarten.

Insgesamt wurden in den letzten 260 Millionen Jahren acht große Aussterbungsereignisse identifiziert. Viele Wissenschaftler haben spekuliert, dass diese Ereignisse nicht zufällig auftreten, sondern eine periodische Ursache haben: wie die Bewegung der Erde durch die Milchstraße oder einen geologisch bedingten Effekt. So aufregend diese Möglichkeiten auch sind, es gibt keine wissenschaftliche Motivation. Es wird kein periodischer Effekt beobachtet, da die Wissenschaft zeigt, dass diese Extinktionsereignisse zufällig auftreten.

Die Kreide-Paläogen-Grenzschicht ist im Sedimentgestein sehr unterschiedlich, aber es ist die dünne Ascheschicht und ihre Elementzusammensetzung, die uns über den außerirdischen Ursprung des Impaktors lehrt, der das Massensterben verursacht hat. (James Van Gundy)

Die Art und Weise, wie Sie bestimmen, wann Massensterben auftritt, ist anhand der Fossilienbestände des Meeres zu ermitteln. Wenn Arten, die es schon lange gibt, plötzlich nicht mehr auftauchen, kommt es zu einem Aussterben. Wenn mehr als 10% Ihrer Arten ungefähr zur gleichen Zeit ausgestorben sind, haben Sie ein Massenaussterben. Als der Fossilienbestand im 20. Jahrhundert immer vollständiger wurde, begannen die Wissenschaftler zu glauben, dass diese Ereignisse möglicherweise nicht zufällig sind, sondern eher in bestimmten Zeitintervallen auftreten. Die Idee des periodischen Massensterbens gibt es seitdem.

Etwa alle 31 Millionen Jahre bewegt sich die Sonne durch die galaktische Ebene und überquert die Region mit der größten Dichte in Bezug auf den galaktischen Breitengrad. Könnte dies eine Ursache für das Massensterben der Erde sein? (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (der Hauptgalaxienillustration), modifiziert vom Wikimedia Commons-Benutzer Cmglee)

Insbesondere sind die identifizierten Zeiten für Massensterbenereignisse wie folgt:

  • Vor 11,6 Millionen Jahren, mittleres Miozän.
  • Vor 37,8 Millionen Jahren, Mitte des späten Eozäns.
  • Vor 66 Millionen Jahren, End Cretaceous.
  • Vor 93,9 Millionen Jahren Cenomanian / Turonian.
  • Vor 145 Millionen Jahren Jura / Kreidezeit.
  • Vor 182,7 Millionen Jahren Pliensbachian / Toarcian.
  • Vor 201,3 Millionen Jahren, Trias / Jura.
  • Vor 252,2 Millionen Jahren, End-Permian.

Wenn Sie diese zeichnen, denken Sie möglicherweise mit Ihrem Auge, dass Sie beim Schielen ein periodisches Muster sehen können.

Die Massenauslöschungsereignisse scheinen periodisch zu sein, aber unsere Augen können uns täuschen (Raup & Sepkoski, 1984/1986).

Die Menschen haben lange darüber spekuliert, solange diese Idee existiert, was möglicherweise eine Periodizität für unser Aussterben wie dieses verursacht haben könnte. Die überwältigenden Beweise dafür, dass ein riesiger Impaktor vor 65 bis 66 Millionen Jahren die Dinosaurier auslöschte, führten viele zu Spekulationen darüber, dass die Einschlagkraterbildung einen signifikanten Anstieg verzeichnen würde, wenn die Erde und das Sonnensystem die galaktische Ebene durchlaufen, während andere auf den Kohlenstoffkreislauf der Kruste blickten für eine Erklärung. Sicherlich durchläuft der Planet geologische Zyklen, und nichts ist zyklischer als unsere Umlaufbahnen und Revolutionen durch das Universum.

Aber ist das ein echter Effekt? Wir können weder unseren Augen noch unserer Intuition vertrauen. Was wir tun müssen, ist dies mathematisch zu testen. Wenn wir uns die modernsten verfügbaren Daten ansehen, können wir Folgendes sehen.

Der Prozentsatz der Arten, die in verschiedenen Zeitintervallen ausgestorben sind. Das größte bekannte Aussterben ist die permisch-triassische Grenze vor etwa 250 Millionen Jahren, deren Ursache noch unbekannt ist. (Wikimedia Commons-Benutzer Smith609 mit Daten von Raup & Smith (1982) und Rohde und Muller (2005))

Wir können uns die wichtigsten Aussterbungsereignisse auf der Erde ansehen, die durch den Fossilienbestand belegt werden. Die Methode, die wir verwenden können, besteht darin, die Anzahl der Gattungen zu zählen (ein Schritt allgemeiner als "Arten" bei der Klassifizierung von Lebewesen; für Menschen ist der "Homo" in Homo Sapiens unsere Gattung), die zu einem bestimmten Zeitpunkt existieren. Dank der im Sedimentgestein gefundenen Beweise können wir dies in mehr als 500 Millionen Jahren tun, sodass wir sehen können, wie viel Prozent in einem bestimmten Intervall existierten und auch ausgestorben sind.

Wir können dann nach Mustern in diesen Auslöschungsereignissen suchen. Der einfachste Weg, dies quantitativ zu tun, besteht darin, die Fourier-Transformation dieser Zyklen durchzuführen und zu sehen, wo (wenn überhaupt) Muster entstehen. Wenn wir zum Beispiel alle 100 Millionen Jahre Massenauslöschungsereignisse sehen würden, bei denen die Anzahl der Gattungen jedes Mal mit genau diesem Zeitraum stark abnimmt, würde die Fourier-Transformation einen riesigen Anstieg mit einer Frequenz von 1 / (100 Millionen) zeigen Jahre). Kommen wir also gleich zur Sache: Was zeigen die Extinktionsdaten?

Ein Maß für die biologische Vielfalt und Änderungen in der Anzahl der Gattungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt existieren, um die wichtigsten Aussterbungsereignisse in den letzten 500 Millionen Jahren zu identifizieren. (Wikimedia Commons-Benutzer Albert Mestre mit Daten von Rohde, RA, und Muller, RA)

Es gibt einige relativ schwache Beweise für eine Periodizität nach dieser Methode mit einer Häufigkeit von 140 Millionen Jahren und einen weiteren, etwas stärkeren Beweis für erhöhte Ereignisse nach 62 Millionen Jahren. Die Periodizität, von der wir dachten, sie könnte früher sein, auf 26 Millionen Jahren, erscheint nicht. Wenn Sie sich die Massensterben ansehen, über die wir in den letzten 260 Millionen Jahren gesprochen haben, und sie mit der Kraterrate vergleichen (die Hauptidee für die Ursachen der meisten Aussterben), werden Sie feststellen, dass sie nicht sehr gut zusammenpassen überhaupt.

Eine Grafik, die zeigt, wie sich die Kraterrate auf der Erde im Laufe der Zeit verändert hat. Die Pfeile geben die Daten des Massensterbens an. Die Sterne vor 113 und 168 Millionen Jahren sind verdächtige, aber nicht verifizierte Kandidaten für Massensterben. (Michael Rampino / NYU)

Was passiert mit der Analyse, wenn Sie diese kleineren Auslöschungsereignisse nur auf Meeresbasis einbeziehen? Was zeigen unsere Fourier-Serien, und gibt es in jedem Intervall eine Spitze, die auf eine Periodizität der Massenauslöschungsereignisse hinweist? Oder treten sie wirklich, wirklich in Intervallen auf, die nicht vom Zufall zu unterscheiden sind?

Im Jahr 2013 haben die Wissenschaftler Fabo Feng und Coryn Bailer-Jones die bislang stärksten Beweise vorgelegt, die die gesamte Palette der verfügbaren Daten nutzten und untersuchten, wie wahrscheinlich es ist, dass ein periodischer Effekt im Vergleich zu einem einheitlichen (zufälligen) Effekt auftritt. Für die verfügbaren Daten haben sie Folgendes gefunden.

Das Wahrscheinlichkeitsverhältnis eines periodischen Effekts gegenüber einem zufälligen Effekt, um die beobachteten Auslöschungen zu verursachen. Diese Spitzen mögen mit bloßem Auge beeindruckend erscheinen, aber schauen Sie auf die y-Achse. Diese Zahlen sind sehr, sehr klein. (Feng, F.; Bailer-Jones, CAL, ApJ, 768, 152F (2013))

Auf den ersten Blick sehen Sie möglicherweise drei Kandidateneffekte: Hinweise auf periodische Auslöschungen in Intervallen von 6, 30 und 62 Millionen Jahren. Das stimmt aber nicht! Die Periodizität von 62 Millionen Jahren ist der größte Effekt, den wir sehen können, aber selbst bei einem Wahrscheinlichkeitsverhältnis von 20: 1 haben wir hier nur einen Zwei-Sigma-Effekt in Bezug auf die statistische Signifikanz. Es deutet darauf hin, dass es wahrscheinlich ist, dass wir ungefähr 62 Millionen Jahre vor oder nach einem anderen Massensterben ein Massensterben haben, aber selbst diese Beweise sind ziemlich schwach.

Darüber hinaus sind alle Ereignisse, die mit einer Periodizität auftreten, die einen Bruchteil (wie die Hälfte) des ursprünglichen Intervalls ausmacht, bekannte Artefakte dieser Art von Analyse. Die weniger signifikante Periodizität von ~ 30 Millionen Jahren ist wahrscheinlich ein roter Hering. Wenn wir die vollständige Fourier-Analyse durchführen, finden wir Folgendes.

Diese Abbildung zeigt die Fourier-Transformation von Extinktionsereignissen in den letzten 500 Millionen Jahren. Der von E. Siegel eingefügte orangefarbene Pfeil zeigt, wo eine Periodizität von 26 bis 30 Millionen Jahren hineinpassen würde (Rohde, RA & Muller, RA (2005). Zyklen in der fossilen Vielfalt. Nature 434: 209–210).

Die Zeitskala, die am häufigsten für periodische Massensterben angegeben wird, diese Periodizität von 26 bis 30 Millionen Jahren, hat absolut keine Beweise dafür. Darüber hinaus geben Feng und Bailer-Jones ausdrücklich Folgendes an (Schwerpunkt Mine):

Wir stellen fest, dass keines der getesteten Modelle - einschließlich periodischer, quasi-periodischer und orbitalbasierter - die diskreten Datensätze besser erklärt als ein einheitliches Modell. Mit anderen Worten, die zeitliche Verteilung von Massenauslöschungsereignissen stimmt mit der zufälligen zeitlichen Verteilung überein. Es besteht keine Notwendigkeit, auf etwas Exotischeres zurückzugreifen.

Die Idee, dass Massensterben periodisch ist, ist interessant und überzeugend, aber die Beweise sind einfach nicht dafür da. Die Idee, dass der Durchgang der Sonne durch die galaktische Ebene periodische Einschläge verursacht, erzählt ebenfalls eine großartige Geschichte, aber auch hier gibt es keine Beweise. Darüber hinaus gibt es möglicherweise Hinweise darauf, dass ein Zusammenhang zwischen dem Kohlendioxidgehalt und dem Kohlenstoffkrustenzyklus besteht, aber der Zusammenhang mit dem Massensterben ist einfach nicht stark genug.

Wenn Sie Physikern eine zufällige Karte geben, finden sie darin Muster, wo immer dies möglich ist. Es ist die menschliche Natur. Während „Stephen Hawkings Initialen“ in den WMAP-Daten (oben links) angepriesen werden können, zeigt eine statistische Analyse, dass diese Schwankungen wirklich Gaußsch und zufällig sind. (Francisco R. Villatoro / WMAP 7)

Leider liegt es in der Natur des Menschen, überall dort nach Mustern zu suchen, aber in diesem Fall sind die Beweise viel zu schwach, um in irgendeiner Weise gegen Zufälligkeit zu wetten. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass nur weil wir keine Beweise für periodische Ereignisse sehen, dies nicht bedeutet, dass sie nicht auftreten, aber es ist wichtig, nicht einem Phänomen nachzujagen, dessen Beweise nicht die Realität stützen. Asteroiden- und Kometenangriffe können zu bestimmten Zeiten eine erhöhte Wahrscheinlichkeit haben, und es kann einen periodischen Effekt auf die CO2-Werte und den Kohlenstoffkrustenzyklus geben, aber keiner hat Beweise dafür, dass sie mit dem Massensterben zusammenhängen. Wenn es um katastrophale Ereignisse für den Planeten und die Arten geht, die ihn bewohnen, ist die Zufälligkeit so gut wie es nur geht.

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.