Ученые потеряли миллиард лет геологической истории

Гранд-Каньон в США - это слоеный пирог геологической истории, в котором камни аккуратно уложены друг на друга, как они были заложены миллионы лет назад. То есть до тех пор, пока вы не войдете глубоко в каньон и не обнаружите Великое Несоответствие: промежуток между слоями горных пород, в некоторых местах представляющий миллиард лет.

Еще более странно то, что Великое Несоответствие обнаруживается в породах по всему миру, и всегда в породах одной и той же эпохи: около 550 миллионов лет назад и ранее.

"Существует множество несогласованностей, которые наблюдаются локально в разных местах, но редко можно встретить такое несоответствие, которое представляет собой такой же разрыв во времени от более миллиарда лет назад до примерно 500 миллионов лет назад", - сказала Барра Пик, докторант по геологии Колорадского университета в Боулдере.

Теперь Пик и ее коллеги обнаружили, что, по крайней мере, в Гранд-Каньоне эти слои горных пород были потеряны во время тектонических потрясений, вызванных распадом суперконтинента. Полученные данные свидетельствуют о том, что, хотя Великое Несоответствие встречается в горных породах со всего мира, причина его присутствия может быть разной в каждом месте.

Хотя Великое Несоответствие определяется отсутствием горных пород, его возраст известен по возрасту слоев горных пород над и под разломом. Пик и ее коллег интересовал не возраст образования горных пород, а, скорее, время, когда они остыли. По словам Пик, глубоко погребенные породы находятся в условиях высокого давления и высокой температуры, но охлаждение указывает на то, что эти породы эксгумируются или приближаются к поверхности, поскольку породы над ними исчезают.

"Это происходит через эрозию, поэтому мы пытаемся датировать процесс эрозии", - сказала она.

Для этого исследователи изучали гелий, заключенный в минеральном цирконе в породе. Гелий является побочным продуктом радиоактивного распада урана в свинец. При сильном нагревании гелий может вырываться из минеральной матрицы. Но в более холодных породах гелий остается в ловушке. Таким образом, измерение уровня гелия в породе определенного возраста может сказать вам, когда эта порода достигла поверхности и остыла.

Пик и ее коллеги изучили слои горных пород прямо под Великим Несоответствием (и, следовательно, старше) из восьми мест в Гранд-Каньоне, чтобы выяснить, когда камень наверху был убран. Они обнаружили удивительный уровень изменчивости: западные пределы каньона охлаждаются в среднем на 200 миллионов лет раньше, чем восточная часть каньона в национальном парке Гранд-Каньон.

По словам Пик, размер Великого несоответствия также различается по всему каньону, с меньшим разрывом к востоку. Самый маленький промежуток составляет около 250 миллионов лет. Самое большое - 1,2 миллиарда лет горной породы.

Общая картина предполагает, что западная половина того, что сейчас является каньоном, поднялась на поверхность около 700 миллионов лет назад; восточная половина поднялась ближе к 500 миллионам лет назад. Но даже в рамках этой широкой картины есть различия в десятки или сотни миллионов лет в точках всего в нескольких десятках километров друг от друга.

По словам Пик, эта изменчивость, вероятно, была вызвана тектонической активностью. Суперконтинент Родиния, который образовался около 1 миллиарда лет назад и распался около 750 миллионов лет назад, в это время разошелся на части. Этот рифтинг оставил сеть разломов по всему региону Гранд-Каньона, многие из которых до сих пор видны в скалах. В то время, как сказала Пик, разделение континента привело бы к ряду высот и бассейнов. На высоких точках не было отложений осадка, поэтому их скалы были обнажены, а бассейны служили водосбором для отложений, удерживая скалы в их основании погребенными.

"По всему региону за миллионы лет эрозия определенно должна была происходить повсюду; просто ее масштабы отличались бы в относительно небольших масштабах, в десятки километров, потенциально в некоторых местах", - сказала Пик.

По ее словам, в настоящее время исследователи используют тот же метод, чтобы датировать эрозию Великого несоответствия в других местах Северной Америки. Они также надеются увидеть места за пределами Северной Америки. Пока предварительные данные свидетельствуют о том, что дата эрозии сильно различается даже в пределах континента, сказала Пик.

"Это говорит нам о том, что это не единственная глобальная причина этой особенности, а то, что в течение этого периода времени продолжительностью более миллиарда лет происходило много всего", - сказала она. "Это действительно просто совпадение, что мы видим это несогласие, соответствующее одному и тому же промежутку времени, повсюду".