بحث جديد يقوي الصلة بين الأنهار الجليدية و “عدم التوافق العظيم” المحير على الأرض

يبدو أن عمل الجليد مسؤول عن التآكل القديم للصخور عبر الكوكب.

وفقًا لدراسة نُشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

La recherche présente les dernières découvertes d’un débat sur les causes de la «grande discordance» de la Terre – un intervalle de temps dans les archives géologiques associé à l’érosion de roches jusqu’à 3 miles d’épaisseur dans des régions du العالم كله.

قال سي برينهين كيلر ، الأستاذ المساعد في علوم الأرض والباحث الأول في الدراسة: “حقيقة أن العديد من الأماكن تفتقر إلى الصخور الرسوبية من هذه الفترة كانت واحدة من أكثر السمات المحيرة لسجلات الصخور”. “مع هذه النتائج ، بدأ النموذج يصبح أكثر منطقية.”

تم تسمية الكمية الهائلة من الصخور المفقودة المعروفة باسم عدم المطابقة العظيم لأول مرة في جراند كانيون في أواخر القرن التاسع عشر. تظهر الميزة الجيولوجية الرائعة حيث يتم نقل طبقات الصخور من العصور البعيدة إلى شطيرة ، وغالبًا ما يتم تحديدها حيث توجد الصخور مع الحفريات مباشرة فوق أولئك الذين ليس لديهم أحافير.

في لادر كانيون في كولورادو ، تتجمع الصخور التي تختلف في العمر بحوالي مليار سنة عبر عدم التوافق العظيم. الائتمان: سي برينهين كيلر

قال كالين ماكدانيل ، باحث ما بعد الدكتوراه في دارتموث والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية: “لقد كان وقتًا رائعًا في تاريخ الأرض”. “عدم التوافق العظيم يمهد الطريق للانفجار الكمبري للحياة ، والذي كان دائمًا محيرًا لأنه مفاجئ جدًا في سجل الحفريات – العمليات الجيولوجية والتطورية بشكل عام تدريجية.”

لأكثر من قرن ، سعى الباحثون إلى شرح سبب ضياع الوقت الجيولوجي.

على مدى السنوات الخمس الماضية ، ظهرت نظريتان متعارضتان: الأولى توضح أن الصخور قد نحتت بواسطة الأنهار الجليدية القديمة خلال فترة Snowball Earth منذ حوالي 700 إلى 635 مليون سنة. يركز الآخر على سلسلة من الأحداث التكتونية للصفائح على مدى فترة أطول بكثير أثناء تجميع وتفكك شبه القارة الهندية رودينيا منذ حوالي مليار إلى 550 مليون سنة.

اقترح البحث الذي أجراه كيلر في عام 2019 لأول مرة أن التآكل الواسع من الصفائح الجليدية القارية خلال الفترة الجليدية المبردة تسبب في فقدان الصخور. استند هذا إلى وكلاء جيوكيميائيين اقترحوا وجود كميات كبيرة من التعرية الجماعية تتوافق مع فترة كرة الثلج الأرضية.

قال كيلر: “يتحقق البحث الجديد من نتائج الدراسة السابقة ويعززها”. “نقدم هنا دليلاً مستقلاً على تبريد الصخور وأميال استخراج الجثث خلال الفترة المبردة عبر معظم أمريكا الشمالية.”

تعتمد الدراسة على تفسير مفصل للتاريخ الحراري لتقييم الوضع.

برينهين كيلر ، أستاذ مساعد في علوم الأرض ، إلى اليسار ، وكالين ماكدانيل ، باحث ما بعد الدكتوراه في علوم الأرض. الائتمان: إيلي بوراكيان / كلية دارتموث

يسمح علم الزمن الحراري للباحثين بتقدير درجة الحرارة التي تمر بها البلورات المعدنية بمرور الوقت بالإضافة إلى موقعها في القشرة القارية بالنظر إلى بنية حرارية معينة. يمكن أن تقدم هذه التواريخ دليلاً على وقت إزالة الصخور المفقودة ومتى تم التنقيب عن الصخور المكشوفة حاليًا على السطح.

استخدم الباحثون عدة قياسات من بيانات قياس الحرارة الحرارية المنشورة سابقًا والتي تم التقاطها في أربعة مواقع في أمريكا الشمالية. المناطق ، المسماة cratons ، هي أجزاء من القارة مستقرة كيميائيًا وفيزيائيًا وحيث لم يكن نشاط الصفائح التكتونية شائعًا في ذلك الوقت.

من خلال تشغيل عمليات المحاكاة التي بحثت عن مسار درجة الحرارة الزمنية الذي تعيشه الصخور ، سجل البحث إشارة واسعة النطاق للتبريد السريع والواسع النطاق الذي يتوافق مع حوالي 2-3 أميال من التعرية أثناء التكتلات الجليدية لأرض كرة الثلج في الجزء الداخلي من أمريكا الشمالية.

وقال ماكدانيل: “بينما استخدمت دراسات أخرى علم الزمن الحراري للتشكيك في الأصل الجليدي ، فإن ظاهرة عالمية مثل عدم التوافق العظيم تتطلب تقييمًا عالميًا”. “التجلد هو أبسط تفسير للتعرية على مساحة كبيرة خلال فترة كرة الثلج الأرضية ، حيث كان يعتقد أن الصفائح الجليدية كانت تغطي معظم أمريكا الشمالية في ذلك الوقت ويمكن أن تكون حفارات روك فعالة.”

وفقًا لفريق البحث ، تم تقديم النظرية المنافسة القائلة بأن النشاط التكتوني نحت الصخور المفقودة في عام 2020 عندما تساءلت مجموعة بحثية منفصلة عما إذا كانت الأنهار الجليدية القديمة تآكلت بما يكفي للتسبب في خسارة هائلة للصخور. على الرغم من أن هذا البحث استخدم أيضًا علم الزمن الحراري ، إلا أنه طبق تقنية بديلة لموقع واحد نشط تكتونيًا واقترح أن التآكل حدث قبل Snowball Earth.

قال كيلر: “المفهوم الأساسي بسيط للغاية: شيء ما أزال الكثير من الصخور ، مما أدى إلى ضياع الكثير من الوقت”. “يوضح بحثنا أن التآكل الجليدي وحده هو المسؤول على هذا النطاق.”

وفقًا للباحثين ، تساعد النتائج الجديدة أيضًا في تفسير الروابط بين تآكل الصخور وظهور كائنات حية معقدة منذ حوالي 530 مليون سنة أثناء الانفجار الكمبري. يُعتقد أن التعرية خلال فترة Snowball Earth قد أدت إلى ترسب الرواسب الغنية بالمغذيات في المحيط والتي ربما وفرت بيئة خصبة لبنات بناء الحياة المعقدة.

تشير الدراسة إلى أن الفرضيتين حول كيفية تآكل الصخور ليسا متعارضين – فمن الممكن أن تكون التكتونية والتجلد قد ساهموا في تعطيل نظام الأرض العالمي أثناء تكوين التناقض العظيم. ومع ذلك ، يبدو أن التجلد وحده هو الذي يمكن أن يفسر التآكل في وسط القارة ، بعيدًا عن الحواف التكتونية.

“في نهاية المطاف ، فيما يتعلق بعدم المطابقة الكبرى ، قد تكون إعادة البناء (عمليات) إعادة البناء المقبولة عمومًا لتعبئة استوائية أكثر تركيزًا للقارات رودنيان ، جنبًا إلى جنب مع الظروف البيئية الفريدة لطيران الحياة الحديثة ، هي فترة جيولوجية الصدفة على عكس معظم الصدفة الأخرى في تاريخ الأرض ، “تنص ورقة البحث.

وفقًا للفريق ، هذا هو البحث الأول الذي يستخدم منهج النمذجة الزمنية الحرارية لدراسة فترة زمنية تمتد إلى ما بعد مليار سنة. للمضي قدمًا ، سيكرر الفريق عملهم في قارات أخرى ، حيث يأملون في اختبار هذه الفرضيات حول كيفية إنشاء عدم المطابقة العظيم والحفاظ عليه.

وفقًا للفريق ، يعد حل الاختلافات في البحث أمرًا أساسيًا لفهم تاريخ الأرض المبكر والترابط بين العمليات المناخية والتكتونية والجيوكيميائية الحيوية.

قال ماكدانيل: “حقيقة وجود تآكل تكتوني على طول هوامش كراتون لا يستبعد حدوث التجلد”. “حالات عدم المطابقة هي سمات مركبة ، ويشير عملنا إلى أن التآكل المبرد كان مساهمًا رئيسيًا ، ولكن من الممكن أن يكون التآكل السابق واللاحق متورطين في تكوين سطح عدم المطابقة في مواقع مختلفة. ستخبرنا المراجعة الشاملة بالمزيد.

المرجع: “القيود الحرارية الزمنية على أصل عدم المطابقة الكبير” 25 يناير 2022 ، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
DOI: 10.1073 / pnas.2118682119

ويليام جوينتنر من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ؛ بيتر تسايتلر من جامعة ليهاي؛ وديفيد شوستر من جامعة كاليفورنيا، بيركلي وشارك مركز بيركلي لعلم الأرض في تأليف الورقة.