Als Teil eines dreijährigen Projekts am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) entsteht ein neues KI-Basismodell für die globalen Kohlenstoffkreisläufe. Es soll die dynamischen Prozesse besser verstehen helfen und zukünftige Veränderungen genauer vorhersagen. Betrachtet wird der Kohlenstoffaustausch zwischen verschiedenen natürlichen Speichern wie Vegetation, Böden und Atmosphäre.
Eine bekannte Tatsache ist der Effekt der globalen Erwärmung durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe, wodurch große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt werden. Allerdings sind die mannigfaltigen natürlichen Ablaufprozesse bisher nicht gut genug verstanden. Sie variieren sowohl saisonal als auch regional und machen die Sache auf globaler Ebene kompliziert.
Trainingsdaten
Um das Verständnis zu verbessern, wird nun ein Foundation-Model aufgebaut. Es wird mit einer immens großen und diversen Menge an Daten trainiert. Dadurch soll das Modell in die Lage versetzt werden, komplexe Muster und Zusammenhänge in den Daten selbstständig zu erkennen, sodass es diese auf neue (unbekannte) Fragestellungen anwenden kann. Zu den Trainingsdaten gehören Daten aus der Erdfernerkundung, Biomasse-Informationen, Daten zum Kohlenstoffgehalt von Böden und der Wechselwirkung zwischen Vegetation und Böden. Berücksichtigt werden auch Zerstörungen durch Waldbrände, Infrastrukturprojekte oder etwa Insektenbefall (Borkenkäfer, Spanner, usw.).
Die Wissenschaftler berücksichtigen dabei sowohl die großen tropischen Regenwälder, die nördlichen Wälder (boreale Nadelwaldzone) als auch die Permafrostböden der sibirischen Tundra, die enorme Mengen an Kohlenstoff gespeichert haben. Besonders der Kohlenstoffspeicher im Dauerfrostboden ist durch die globale Erwärmung stark gefährdet. Sobald die Böden bis in die Tiefe auftauen, beginnen Zersetzungsprozesse. Auf diese Weise werden große Mengen Treibhausgase freigesetzt.
Herausforderungen des Projektes
Gerade die Permafrostzone ist durch ihre Vielfalt gekennzeichnet. Es ist zwar „eine“ Zone, jedoch sind die Böden unterschiedlich zusammengesetzt und die Tauszenarien regional unterschiedlich. Mehr dazu können Neulinge im Buch „Der Klimawandel für Einsteiger“ nachlesen. Permafrostböden stellen auch eines der Kippelemente im Erdklimasystem dar. Wobei der Permafrostboden nicht als ganzes „kippt“, sondern eher regional kritische Punkte erreicht, die einen Dauertauprozess auslösen.
Hier soll das neue KI-Modell helfen, die natürlichen Abläufe besser zu verstehen. Solle es gelingen, den Kohlenstoffkreislauf mit seinen gigantischen Umsätzen besser zu verstehen, so könnte man vielleicht bessere Prognosen für eine sich erwärmende Welt erstellen. Kritisch ist das allein deswegen, weil durch die Erderwärmung klassische Kohlenstoffsenken – wie tropische Regenwälder oder Permafrostboden – zu Kohlenstoffquellen werden. Und das ist gefährlich, denn es beschleunigt den Klimawandel.
Eine große Hürde bei der Umsetzung des Projekts ist die immense Menge an Daten, die verarbeitet und gespeichert werden müssen. Das KI-Training erfolgt im Rechenzentrum des Forschungszentrums Jülich.
Mehr dazu:
- Ein KI-Modell für den globalen Kohlenstoffkreislauf, Helmholtz-Gemeinschaft, 02.09.2024
- Helmholtz Foundation Model Initiative – KI-Grundlagenmodelle für Wissenschaft und Gesellschaft, Factsheet, Helmholtz-Gemeinschaft 2024