Nowe badania wzmacniają związek między lodowcami a kłopotliwym „wielkim niedopasowaniem” Ziemi

Wydaje się, że ruch lodu jest odpowiedzialny za erozję starożytnych skał na całej planecie.

Według badań opublikowanych w Materiały Narodowej Akademii Nauk.

Badania przedstawiają najnowsze odkrycia w debacie na temat przyczyny „wielkiego niewspółosiowości” Ziemi – luki czasowej w zapisie geologicznym związanej z erozją skał o grubości do 3 mil w regionach na całym świecie.

„Fakt, że w tak wielu miejscach brakuje skał osadowych z tego okresu, był jedną z najbardziej zagadkowych cech w zapisie skalnym” – powiedział C. Brenhen Keeler, adiunkt nauk o Ziemi i pierwszy badacz. „Dzięki tym odkryciom wzór zaczyna nabierać sensu”.

Ogromna ilość zagubionych skał, która stała się znana jako Wielka Niezgodność, została po raz pierwszy nazwana Wielkim Kanionem pod koniec XIX wieku. Oczywista cecha geologiczna jest widoczna, gdy warstwy skalne z odległych okresów są zgrupowane razem i często identyfikowana jest tam, gdzie skały ze skamieniałościami znajdują się bezpośrednio nad tymi bez skamieniałości.

W kanionie Lader w Kolorado, skały, które różnią się wiekiem o około miliard lat, leżą razem w wielkim niedopasowaniu. Źródło: C. Brenhen Keeler

„To był niesamowity czas w historii Ziemi” – powiedział Callen McDaniel, badacz z tytułem doktora w Dartmouth i główny autor artykułu badawczego. „Wielka Niezgodność przygotowuje grunt pod kambryjską eksplozję życia, która zawsze była zaskakująca, ponieważ jest tak gwałtowna w zapisie kopalnym – procesy geologiczne i ewolucyjne są zwykle stopniowe”.

Od ponad wieku naukowcy starają się wyjaśnić przyczynę straconego czasu geologicznego.

W ciągu ostatnich pięciu lat w centrum uwagi znalazły się dwie przeciwstawne teorie: jedna pokazuje, że skały zostały wyrzeźbione przez starożytne lodowce w okresie Ziemi Śnieżnej około 700 do 635 milionów lat temu. Drugi koncentruje się na serii wydarzeń płyt tektonicznych w znacznie dłuższym okresie podczas montażu i rozpadu indyjskiego subkontynentu Rodinia od około 1 miliarda do 550 milionów lat temu.

Badania prowadzone przez Keelera w 2019 roku po raz pierwszy zasugerowały, że powszechna erozja lądolodów w okresie interglacjalnym spowodowała utratę skał. Było to oparte na czynnikach geochemicznych, które sugerowały, że duże ilości masowej erozji odpowiadają okresowi kuli śnieżnej Ziemi.

„Nowe badanie potwierdza i potwierdza wyniki poprzedniego badania” – powiedział Keeler. „Tutaj przedstawiamy niezależne dowody na chłodzenie skał i mile ekshumacji w okresie kriogenicznym na dużym obszarze Ameryki Północnej”.

Badanie opiera się na szczegółowej interpretacji historii termicznej w celu dokonania oceny.

Brianne Keeler, adiunkt nauk o Ziemi, po lewej i Kallen McDaniel, doktor habilitowany nauk o Ziemi. Źródło: Eli Burakian/Dartmouth College

Chronologia termiczna pozwala naukowcom oszacować temperaturę, na jaką kryształy mineralne są wystawione w czasie, a także ich położenie w skorupie kontynentalnej, obserwując konkretną strukturę termiczną. Daty te mogą dostarczyć dowodów na to, kiedy brakujące skały zostały usunięte i kiedy wydobyto skały obecnie odsłonięte na powierzchni.

Naukowcy wykorzystali wiele pomiarów z wcześniej opublikowanych danych termograwimetrycznych z czterech miejsc w Ameryce Północnej. Regiony, znane jako kratony, są częściami kontynentu, które są stabilne chemicznie i fizycznie, a aktywność płyt tektonicznych nie była w tym okresie powszechna.

Przeprowadzając symulacje, które szukały czasowej trajektorii temperatury, przez którą przeszły skały, naukowcy zarejestrowali wielkoskalowy sygnał szybkiego chłodzenia o dużej objętości, odpowiadający około 2-3 mil erozji podczas lodowców Snowball Earth we wnętrzu Ameryki Północnej.

„Podczas gdy inne badania wykorzystywały termochronologię do kwestionowania pochodzenia lodowcowego, globalne zjawisko, takie jak Wielka Dyskord, wymaga globalnej oceny” – powiedział McDaniel. „Zlodowacenie jest najprostszym wyjaśnieniem erozji na ogromnym obszarze podczas okresu kuli śnieżnej Ziemi, ponieważ uważano, że pokrywy lodowe pokrywały wówczas większość Ameryki Północnej i mogły być wydajnymi koparkami skalnymi”.

Według zespołu badawczego, konkurencyjna teoria, że ​​aktywność tektoniczna wyrzeźbiła utraconą skałę, została wysunięta w 2020 r., kiedy oddzielna grupa badawcza zakwestionowała, czy starożytne lodowce uległy erozji na tyle, by spowodować masową utratę skał. Chociaż w tych badaniach wykorzystano również termochronologię, zastosowano alternatywną technikę tylko do jednego aktywnego miejsca tektonicznego i zasugerowano, że erozja wystąpiła przed Snowball Earth.

„Podstawowa koncepcja jest bardzo prosta: coś usunęło dużą grupę skał, co spowodowało dużą stratę czasu” – powiedział Keeler. „Nasze badania pokazują, że na taką skalę odpowiedzialna jest sama erozja lodowcowa”.

Zdaniem naukowców nowe odkrycia pomagają również wyjaśnić powiązania między erozją skał a pojawieniem się złożonych organizmów około 530 milionów lat temu podczas eksplozji kambryjskiej. Uważa się, że erozja w okresie kuli śnieżnej Ziemi spowodowała osadzanie się w oceanie osadów bogatych w składniki odżywcze, które zapewniłyby żyzne środowisko dla złożonych elementów budulcowych życia.

Badanie sugeruje, że dwie hipotezy dotyczące erozji skał nie są ze sobą niezgodne – możliwe jest, że zarówno tektonika, jak i zlodowacenie przyczyniły się do zakłócenia globalnego systemu Ziemi podczas formowania się Wielkiego Niewspółosiowości. Wydaje się jednak, że tylko zlodowacenie może wyjaśnić erozję w centrum kontynentu, z dala od obrzeży tektonicznych.

„Ostatecznie, pod względem Wielkiej Niezgodności, ogólnie przyjęta rekonstrukcja (rekonstrukcje) bardziej skoncentrowanej tropikalnej enkapsulacji kontynentów rodnijskich w połączeniu z wyjątkowymi warunkami środowiskowymi umożliwiającymi ucieczkę współczesnego życia, mogła okazać się czasem geologicznej szansy w w przeciwieństwie do większości innych w historii Ziemi” — czytamy w artykule badawczym.

Zdaniem zespołu jest to pierwsze badanie, w którym wykorzystano podejście do modelowania chronologii cieplnej w celu zbadania okresu przekraczającego miliard lat. W przyszłości zespół będzie powielał swoją pracę na innych kontynentach, gdzie ma nadzieję przetestować te hipotezy dotyczące tworzenia i utrzymywania Wielkiej Niezgodności.

Zdaniem zespołu wyjaśnienie różnic w badaniach ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wczesnej historii Ziemi oraz wzajemnych relacji między procesami klimatycznymi, tektonicznymi i biogeochemicznymi.

„Fakt, że może wystąpić erozja tektoniczna wzdłuż krawędzi kratonu, nie wyklucza zlodowacenia” – powiedział McDaniel. „Niezgodności są cechami złożonymi, a nasza praca wskazuje, że korozja kriogeniczna była głównym czynnikiem, ale możliwe, że wczesne i późniejsze zużycie było zaangażowane w powstawanie niezgodności powierzchni w różnych miejscach. Globalne badanie powie nam więcej.”

Odniesienie: „Termiczne ograniczenia czasowe dotyczące wielkiego pochodzenia niezgodności” 25 stycznia 2022 r., Dostępne tutaj. Materiały Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guintner z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign. Peter Zeitler z Uniwersytet Lehigh; i David Schuster z Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley Berkeley Center for Geosciences działał jako współautorzy artykułu.