Новое исследование укрепляет связь между ледниками и загадочным «великим несоответствием» Земли

Исследователи использовали термические данные из четырех мест в Северной Америке, чтобы определить причину «большого несоответствия» — массивной потери горных пород около 700 миллионов лет назад. Предоставлено: рисунок Кэлин Макдэниел.

Движение льда, по-видимому, ответственно за эрозию древних горных пород по всей планете.

Новое исследование предоставляет дополнительные доказательства того, что горные породы, представляющие до миллиарда лет геологического времени, были вырезаны древними ледниками в период «земного снежного кома» планеты, согласно исследованию, опубликованному в Труды Национальной академии наук.

В исследовании представлены последние результаты дискуссии о причине «большого смещения» Земли — временного разрыва в геологической летописи, связанного с эрозией горных пород толщиной до 3 миль в регионах по всему миру.

«Тот факт, что во многих местах отсутствуют осадочные породы того периода, был одной из самых загадочных особенностей горной летописи», — сказал К. Бренхен Килер, доцент кафедры наук о Земле и первый исследователь исследования. «С этими выводами картина начинает обретать больше смысла».

Огромное количество потерянной породы, которое стало известно как Великое несоответствие, было впервые названо в честь Гранд-Каньона в конце 19 века. Очевидная геологическая особенность видна там, где слои горных пород из далеких периодов времени сгруппированы вместе, и часто идентифицируется там, где породы с окаменелостями расположены непосредственно над теми, у которых нет окаменелостей.

В каньоне Лейдер в Колорадо камни, возраст которых различается примерно на миллиард лет, располагаются вместе, преодолевая огромное несоответствие. Предоставлено: К. Бренхен Килер.

«Это было удивительное время в истории Земли», — сказал Каллен Макдэниел, научный сотрудник Дартмутского университета и ведущий автор исследовательской работы. «Великое несоответствие готовит почву для кембрийского взрыва жизни, который всегда сбивал с толку, потому что он настолько внезапный в летописи окаменелостей — геологические и эволюционные процессы обычно постепенны».

Более века исследователи пытались объяснить причину потери геологического времени.

За последние пять лет в центре внимания оказались две противоположные теории: одна показывает, что скалы были вырезаны древними ледниками в период Земли-снежка примерно от 700 до 635 миллионов лет назад. Другой фокусируется на серии тектонических событий в течение гораздо более длительного периода во время сборки и распада Индийского субконтинента Родиния примерно от 1 миллиарда до 550 миллионов лет назад.

Исследования, проведенные Киллером в 2019 году, впервые показали, что массовая эрозия континентальных ледяных щитов в межледниковый период вызвала потерю горных пород. Это было основано на геохимических агентах, которые предположили, что большие объемы массовой эрозии соответствуют периоду снежного кома Земли.

«Новое исследование подтверждает и подтверждает результаты предыдущего исследования», — сказал Киллер. «Здесь мы приводим независимые доказательства охлаждения горных пород и эксгумации в криогенный период на большой территории Северной Америки».

Исследование основано на подробной интерпретации термической истории для проведения оценки.

Брианна Килер, доцент кафедры наук о Земле (слева), и Каллен Макдэниел, научный сотрудник в области наук о Земле. Предоставлено: Эли Буракян/Дартмутский колледж.

Термическая хронология позволяет исследователям оценить температуру, которой кристаллы минералов подвергаются с течением времени, а также их местоположение в континентальной коре, рассматривая конкретную тепловую структуру. Эти даты могут свидетельствовать о том, когда были удалены отсутствующие породы и когда были добыты породы, обнаженные в настоящее время на поверхности.

Исследователи использовали несколько измерений из ранее опубликованных термогравиметрических данных, полученных на четырех участках в Северной Америке. Регионы, известные как кратоны, представляют собой химически и физически стабильные части континента, где тектоническая активность плит не была обычным явлением в тот период.

Запуская симуляции, которые искали временную траекторию температуры, через которую проходили скалы, исследование зафиксировало крупномасштабный сигнал быстрого, объемного охлаждения, соответствующего примерно 2-3 милям эрозии во время ледников Snowball Earth во внутренней части Северной Америки.

«В то время как другие исследования использовали термохронологию, чтобы поставить под сомнение происхождение ледников, глобальное явление, такое как Великий разлад, требует глобальной оценки», — сказал Макдэниел. «Оледенение — это самое простое объяснение эрозии на обширной территории в период снежного кома Земли, поскольку считалось, что ледяные щиты покрывали большую часть Северной Америки в то время и могли быть эффективными экскаваторами для горных пород».

По словам исследовательской группы, конкурирующая теория о том, что тектоническая активность сформировала потерянную породу, была выдвинута в 2020 году, когда отдельная исследовательская группа задалась вопросом, достаточно ли эрозия древних ледников привела к массовой потере породы. Хотя в этом исследовании также использовалась термохронология, он применил альтернативный метод только к одному тектонически активному участку и предположил, что эрозия произошла до Земли-снежка.

«Основная концепция очень проста: что-то удалило большую группу камней, в результате чего было потеряно много времени», — сказал Киллер. «Наше исследование показывает, что в этом масштабе виновата только ледниковая эрозия».

По словам исследователей, новые результаты также помогают объяснить связь между эрозией горных пород и появлением сложных организмов около 530 миллионов лет назад во время кембрийского взрыва. Считается, что эрозия во время периода снежного кома Земли отложила богатые питательными веществами отложения в океан, которые обеспечили бы плодородную среду для сложных строительных блоков жизни.

Исследование предполагает, что две гипотезы о том, как горные породы разрушаются, не являются несовместимыми — возможно, что и тектоника, и оледенение способствовали разрушению глобальной системы Земли во время формирования Великого смещения. Однако оказывается, что только оледенение могло объяснить эрозию в центре континента, вдали от тектонических окраин.

«В конечном счете, с точки зрения Великого несоответствия, общепринятая реконструкция (реконструкции) более концентрированной тропической инкапсуляции роднийских континентов в сочетании с уникальными условиями окружающей среды для полета современной жизни, возможно, оказалась временем геологического шанса в отличается от большинства других в истории Земли», — говорится в исследовательской работе.

По словам команды, это первое исследование, в котором используется подход моделирования тепловой хронологии для изучения периода, превышающего один миллиард лет. В будущем команда повторит свою работу на других континентах, где они надеются проверить эти гипотезы о том, как создается и поддерживается Великое несоответствие.

По словам команды, устранение разногласий в исследованиях имеет решающее значение для понимания ранней истории Земли и взаимосвязей между климатическими, тектоническими и биогеохимическими процессами.

«Тот факт, что вдоль окраин кратона может происходить тектоническая эрозия, не исключает оледенения», — сказал Макдэниел. «Несоответствия являются составными элементами, и наша работа показывает, что криогенная коррозия была основным фактором, но возможно, что ранний и более поздний износ был вовлечен в формирование поверхности несоответствия в разных местах. Глобальное исследование расскажет нам больше».

Ссылка: «Температурные временные ограничения великого происхождения несоответствия», 25 января 2022 г., доступно здесь. Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

Уильям Гинтнер из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. Питер Цейтлер из Лихайский университет; и Дэвид Шустер из Калифорнийский университет, Беркли Центр геонаук Беркли выступил соавтором статьи.