Výskumníci použili termochronometrické údaje zo štyroch severoamerických miest, aby určili príčinu „veľkej nezhody“ – masívnej straty horniny asi pred 700 miliónmi rokov. Poďakovanie: Figúrka od Kalina McDannella
Zdá sa, že pôsobenie ľadu je zodpovedné za starodávnu eróziu skál na celej planéte.
Nový výskum poskytuje ďalšie dôkazy, že horniny predstavujúce až miliardu rokov geologického času boli odrezané starými ľadovcami počas obdobia planéty „Snehová guľa“, podľa štúdie publikovanej v r. Zborník Národnej akadémie vied,
Výskum predstavuje najnovšie zistenia v diskusii o tom, čo spôsobilo „veľkú nekonformitu“ Zeme – časovú medzeru v geologickom zázname spojenú s eróziou hornín s hrúbkou až 5 míľ v oblastiach po celom svete.
„Skutočnosť, že na mnohých miestach chýbajú sedimentárne horniny z tohto časového obdobia, bola jednou z najzáhadnejších čŕt skalného záznamu,“ povedal C. Brenhin Keller, odborný asistent vied o Zemi a hlavný výskumník štúdie. „S týmito výsledkami začína vzor dávať oveľa väčší zmysel.“
Obrovské množstvo chýbajúceho kameňa, ktorý sa stal známym ako Veľká nesúlad, bol prvýkrát pomenovaný v Grand Canyone koncom 19. storočia. Nápadný geologický prvok je viditeľný tam, kde sú vrstvy hornín zo vzdialených časových období zovreté dohromady, a často sa identifikuje tam, kde skaly s fosíliami sedia priamo nad tými, ktoré fosílie neobsahujú.
V Coloradskom kaňone Ladder Canyon skaly, ktorých vek sa líši asi o miliardu rokov, sedia spolu cez Veľkú nesúlad. Poďakovanie: C. Brenhin Keller
„Bolo to fascinujúce obdobie v histórii Zeme,“ povedal Kalin McDannell, postdoktorandský výskumník v Dartmouthe a hlavný autor článku. „Veľká nekonformita pripravuje pôdu pre kambrickú explóziu života, ktorá bola vždy záhadná, keďže je vo fosílnych záznamoch taká náhla – geologické a evolučné procesy sú zvyčajne postupné.“
Viac ako storočie sa vedci snažili vysvetliť príčinu chýbajúceho geologického času.
Za posledných päť rokov sa do centra pozornosti dostali dve protichodné teórie: Jedna vysvetľuje, že skala bola vytesaná starovekými ľadovcami počas obdobia snehovej gule asi pred 700 až 635 miliónmi rokov. Druhá sa zameriava na sériu doskových tektonických udalostí počas oveľa dlhšieho obdobia počas zostavovania a rozpadu superkontinentu Rodinia pred približne 1 miliardou až 550 miliónmi rokov.
Výskum vedený Kellerom v roku 2019 prvýkrát navrhol, že rozsiahla erózia kontinentálnymi ľadovými príkrovmi počas kryogénneho ľadovcového intervalu spôsobila stratu horniny. Toto bolo založené na geochemických proxy, ktoré naznačovali, že veľké množstvo masovej erózie zodpovedá obdobiu Zeme ako snehová guľa.
„Nový výskum overuje a posúva zistenia predchádzajúcej štúdie,“ povedal Keller. „Tu poskytujeme nezávislé dôkazy o ochladzovaní hornín a míľ exhumácie v kryogénnom období na veľkej ploche Severnej Ameriky.“
Štúdia sa pri hodnotení opiera o podrobnú interpretáciu termochronológie.
C. Brenhin Keller, odborný asistent vied o Zemi, vľavo, a Kalin McDannell, postdoktorandský výskumník vied o Zemi. Poďakovanie: Eli Burakian/Dartmouth College
Termochronológia umožňuje výskumníkom odhadnúť teplotu, ktorú kryštály minerálov zažívajú v priebehu času, ako aj ich polohu v kontinentálnej kôre vzhľadom na konkrétnu tepelnú štruktúru. Tieto histórie môžu poskytnúť dôkaz o tom, kedy bola chýbajúca hornina odstránená a kedy mohli byť horniny, ktoré sú v súčasnosti vystavené na povrchu, exhumované.
Výskumníci použili viaceré merania z predtým publikovaných termochronometrických údajov zo štyroch severoamerických miest. Oblasti, známe ako kratóny, sú časti kontinentu, ktoré sú chemicky a fyzikálne stabilné a kde by tektonická aktivita platní nebola v tom čase bežná.
Spustením simulácií, ktoré hľadali cestu medzi časom a teplotou, ktorú skaly zažili, výskum zaznamenal rozšírený signál rýchleho ochladzovania s vysokou magnitúdou, ktorý je v súlade s približne 2-3 míľami erózie počas zaľadnenia Zeme Snowball vo vnútrozemí Severnej Ameriky.
„Zatiaľ čo iné štúdie použili termochronológiu na spochybnenie ľadovcového pôvodu, globálny fenomén, akým je Veľká nekonformita, si vyžaduje globálne hodnotenie,“ povedal McDannell. „Zaľadnenie je najjednoduchším vysvetlením erózie na obrovskej ploche počas obdobia snehovej gule, pretože sa verilo, že ľadové štíty v tom čase pokrývajú väčšinu Severnej Ameriky a môžu byť účinnými rýpadlami skál.“
Podľa výskumného tímu bola konkurenčná teória, že tektonická aktivita vytesala chýbajúcu horninu, predložená v roku 2020, keď samostatná výskumná skupina spochybnila, či sú staroveké ľadovce dostatočne erózne, aby spôsobili masívnu stratu horniny. Aj keď tento výskum používal aj termochronológiu, aplikoval alternatívnu techniku iba na jedinom tektonicky aktívnom mieste a naznačil, že k erózii došlo pred Zemou ako snehová guľa.
„Základný koncept je celkom jednoduchý: Niečo odstránilo veľa kameňa, čo malo za následok veľa chýbajúceho času,“ povedal Keller. „Náš výskum ukazuje, že v tomto rozsahu môže byť zodpovedná iba ľadová erózia.“
Podľa vedcov nové zistenia tiež pomáhajú vysvetliť súvislosti medzi eróziou hornín a vznikom zložitých organizmov asi pred 530 miliónmi rokov počas kambrickej explózie. Predpokladá sa, že erózia počas obdobia snehovej gule uložila sediment bohatý na živiny v oceáne, ktorý mohol poskytnúť prostredie pre stavebné kamene zložitého života.
Štúdia poznamenáva, že tieto dve hypotézy o tom, ako skala erodovala, sa navzájom nevylučujú – je možné, že tektonika aj zaľadnenie prispeli k narušeniu globálneho systému Zeme počas formovania Veľkej nezhody. Zdá sa však, že iba zaľadnenie môže vysvetliť eróziu v strede kontinentu, ďaleko od tektonických okrajov.
„V konečnom dôsledku s ohľadom na Veľkú nekonformitu sa môže stať, že všeobecne akceptovaná rekonštrukcia (rekonštrukcie) koncentrovanejšieho rovníkového usporiadania rodiniánskych kontinentov spolu s jedinečnými environmentálnymi podmienkami neoproterozoika sa na rozdiel od väčšiny ostatných ukázali ako čas geologickej náhody. iné v histórii Zeme,“ píše sa vo výskumnej práci.
Podľa tímu ide o prvý výskum, ktorý využíva ich termochronologický modelovací prístup na štúdium obdobia, ktoré presahuje hranicu miliardy rokov. V budúcnosti tím zopakuje svoju prácu na iných kontinentoch, kde dúfajú, že budú ďalej testovať tieto hypotézy o tom, ako bola vytvorená a zachovaná Veľká nesúlad.
Podľa tímu je vyriešenie rozdielov vo výskume rozhodujúce pre pochopenie ranej histórie Zeme a vzájomného prepojenia klimatických, tektonických a biogeochemických procesov.
„Skutočnosť, že na okrajoch kratónov mohlo dôjsť k tektonickej erózii, nevylučuje zaľadnenie,“ povedal McDannell. „Nezrovnalosti sú zložené znaky a naša práca naznačuje, že kľúčovým prispievateľom bola kryogénna erózia, ale je možné, že skoršia aj neskoršia erózia sa podieľala na vytváraní povrchu nesúladu na rôznych miestach. Globálne vyšetrenie nám povie viac.“
Odkaz: „Termochronologické obmedzenia pôvodu veľkej nezhody“ 25. januára 2022, Zborník Národnej akadémie vied,
DOI: 10.1073/pnas.2118682119
William Guenthner z University of Illinois v Urbana-Champaign; Peter Zeitler z Univerzita Lehigh, a David Shuster z Kalifornská univerzita, Berkeley a Berkeley Geochronology Center slúžili ako spoluautori článku.
