Пятая часть геологической истории Земли могла исчезнуть из-за того, что ледники по всей планете похоронили доказательства.
Лед встречается с камнями на Антарктическом полуострове, на снимке, сделанном в рамках операции НАСА «Ледяной мост» в октябре 2017 года. Миллионы лет назад вся планета могла напоминать эту полярную сцену во время фазы, называемой «Земля-снежок».
Большой каньон - это гигантская геологическая библиотека со слоями горных пород, которые многое рассказывают об истории Земли. Любопытно, однако, что отсутствует значительный слой, представляющий возраст от 250 миллионов лет до 1,2 миллиарда лет.
Известный как Великое несоответствие, этот огромный временной разрыв можно найти не только в этой знаменитой расселине, но и в других местах по всему миру. В одном слое у вас есть кембрийский период, который начался примерно 540 миллионов лет назад и оставил после себя осадочные породы, наполненные окаменелостями сложной многоклеточной жизни. Прямо под ним находится кристаллическая порода фундамента, не содержащая окаменелостей, которая сформировалась около миллиарда или более лет назад.
Итак, куда делся весь камень, принадлежащий промежутку между этими временными периодами? Используя многочисленные доказательства, международная команда геологов считает, что вором была Земля-снежок, гипотетическое время, когда большая часть, если не вся, планета была покрыта льдом.
По словам команды, с интервалами в пределах этих миллиардов или около того лет до трети земной коры было спилено блуждающими ледниками Земли Снежка и их эрозионными способностями. Образовавшиеся отложения были сброшены в покрытые шугой океаны, где затем были всосаны в мантию в результате погружения тектонических плит.(Вот что произойдет, когда тектонические плиты Земли остановятся.)
Фактически, во многих местах Земля похоронила свидетельства примерно пятой части своей геологической истории, утверждает сегодня группа в Proceedings of the National Academy of Sciences. Идея элегантная, но провокационная, и сами авторы предсказывают, что некоторые геологи выразят скептицизм.
«Однако я думаю, что у нас есть экстраординарные доказательства в поддержку этого экстраординарного утверждения», - говорит руководитель исследования С. Бренхин Келлер, научный сотрудник Центра геохронологии Беркли.
Геохимические призраки
Хотя его нюансы, триггеры и механизмы выключения продолжают обсуждаться, идея о том, что Земля была гигантским замерзающим «снежным комом» около 700 миллионов лет назад, все больше принимается научным сообществом. И подобно тому, что мы видим сегодня в Антарктиде, многие ледники Земли Снежка были мощными факторами эрозии: давление льда создает влажную основу, которая может перемещать отложения, несмотря на чрезвычайно низкие температуры на поверхности.
Кембрийский песчаник покоится на гораздо более старой фундаментальной породе, называемой сланцем Вишну, в части каньона Блэктейл в Аризоне, которая показывает Великое несогласие.
Великое несоответствие, в свою очередь, часто предполагалось как явление эрозии, но некоторые геологи отвергали идею о том, что такое огромное количество земной коры было полностью стерто с лица земли.
Келлер, однако, нашел новые подсказки, скрывающиеся в древних цирконах. Эти устойчивые минералы при кристаллизации фиксируются в геохимических условиях окружающей среды, и ученые могут разобрать их на части миллиарды лет спустя, чтобы выяснить, какой когда-то была Земля. (Например, цирконы возрастом четыре миллиарда лет дают ключ к разгадке происхождения жизни.)
В частности, эти цирконы содержат различные радиоактивные изотопы, которые действуют как хранители данных. Изотопы урана позволяют исследователям с поразительной точностью определять возраст образования кристаллов. Другие, например изотопы гафния, показывают, что происходило с земной корой и мантией, поскольку некоторые изотопы предпочитают одни геологические условия другим.
Используя изобилие цирконов, Келлер и его команда тщательно изучили геохимическую эволюцию земной коры за 4,4 миллиарда лет. Они увидели, что колоссальный геохимический сдвиг произошел в теоретическом начале общепланетарного оледенения Земли-снежка, что объяснимо только в том случае, если большая часть земной коры перерабатывалась в новые резервуары магмы.
Изотопы кислорода в этих цирконах показали, что земная кора также претерпела низкотемпературные гидротермальные изменения. Это означало, что срезалась и погружалась именно верхняя часть земной коры, контактировавшая с водой и льдом, а не более глубокие слои.
В целом эти данные свидетельствуют о том, что гигантская эрозия произошла на поверхности. Хотя эта эрозия распространялась неравномерно по всему миру, она составляет средний слой отложений глубиной от 1,9 до 3,1 мили.
Интуиция в подозрительных отложениях
Геохимические данные убедительны, но случайные обсуждения на недавней научной конференции заставили каждого будущего соавтора понять, что это еще не все.
Во-первых, «около 600-700 миллионов лет назад Земля теряет свои кратеры», - отмечает соавтор исследования Билл Боттке, планетолог и эксперт по астероидам из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. Некоторые древние кратеры все еще существуют на стабильных континентальных ядрах, называемых кратонами, но их немного и они далеко друг от друга. (Недавно под льдом Гренландии был обнаружен ударный кратер размером с город.)
Простым объяснением этой тайны также было гигантское эрозионное явление, но до сих пор было трудно найти доказательства одного из них. В отличие от многих других миров, «Земля действительно хорошо стирает следы своего прошлого», - говорит Боттке. К счастью, геохимия Келлера дала понять, что Земля-снежок дает естественное объяснение.
Затем следует огромный всплеск скорости осадконакопления в начале кембрия. Всем новым отложениям требовалось много места для падения, что было бы возможно только в том случае, если бы заранее произошла массовая эрозия, говорит соавтор Томас Гернон, адъюнкт-профессор наук о Земле в Университете Саутгемптона.
Как отмечают исследователи, одна из проблем с их данными заключается в том, что между предсказанным концом Земли-снежка и началом кембрия все еще существует многомиллионный временной разрыв. Непонятно, почему так долго не начиналось формирование новых слоев горных пород после того, как эрозия прекратилась.
Хотя это, вероятно, связано с рядом факторов, одна из возможностей заключается в том, что эрозия Snowball Earth была настолько значительной, что, когда все было сказано и сделано, осталось не так много топографии, которую можно было бы разрушить. Планете просто нужно сначала создать больше земли, а это требует времени.
Теория всего
Понятно, что не все совпадает идеально, но повествование исследования «очень правдоподобно», а его аргументы «довольно умны», - говорит Ян Фэирчайлд, почетный профессор геолого-геофизических наук Бирмингемского университета, который не был участвует в исследовании.
Боттке надеется, что команда права, но, в любом случае, он рад, что эта статья внесет свой вклад в дискуссию о богатой геологической загадке.
«Этот разговор помогает развивать науку», - говорит он.
Если эта история подтвердится, последствия этой истории могут быть чрезвычайно значительными. В конце концов, это исследование указывает на то, что сложная жизнь впервые возникла, когда чудовищное время приема пищи на Земле-снежке подошло к концу. Ледники образовали мелководные морские районы, похожие на фьорды, которые могли бы стать убежищем для жизни, когда планета снова прогреется. Это колоссальное потребление земной коры, возможно, также совпало с крупными геохимическими и экологическими изменениями, которые были потенциально полезны для биологической эволюции.
В сущности, есть шанс, что разнообразие многоклеточных животных является прямым следствием того, что древние ледники стирали кору планеты.