Более 700 миллионов лет назад Земля оказалась во власти ледяного покрова, который окутал планету, словно снежный ком. Этот период, известный как "Земля снежного кома", стал поворотным моментом в геологической истории. Недавние исследования на крошечных островах Гарвеллахи у побережья Шотландии открывают новые горизонты в понимании этого захватывающего времени, позволяя заглянуть в прошлое нашей планеты.
phys.org: Более 700 миллионов лет назад Земля погрузилась в состояние, которое геологи называют "Земля снежного кома", когда наша планета была полностью покрыта льдом. Это произошло, когда полярные ледяные шапки расширились настолько, что сомкнулись вокруг экватора.
Несколько свидетельств указывают на то, что Земля превратилась в снежный ком, но ранее нам не хватало камней, показывающих, как ландшафт вступал в период сильного похолодания. Возможно, теперь мы нашли это на крошечных островах, известных как Гарвеллахи, у западного побережья Шотландии.
Осадочные породы находятся в слоях, которые могут свидетельствовать о важнейших событиях на Земле. Например, 66 миллионов лет назад была установлена четкая граница, по которой горные породы содержали необычно высокие концентрации элемента иридия, который часто встречается в метеоритах. Эта граница отмечает падение астероида в районе Чиксулуба в Мексике, которое уничтожило большинство динозавров (пощадив только птиц).
Это пример глобального пограничного стратотипического разреза и точки (GSSP): репрезентативной точки, которая может находиться в любой точке мира, для горных пород, отмечающих начало ключевого эпизода в геологической истории. В этих контрольных точках в скалы вбивают "золотой шип", чтобы обозначить границу (хотя на практике шип может быть просто табличкой).
Наше новое исследование показывает, что горные породы в Гарваллахах являются отличным кандидатом для определения GSSP, свидетельствующего о начале криогенного периода около 717 миллионов лет назад. Этот период, который в целом совпадает с периодом Земли снежного кома, на самом деле делится на два глобальных ледниковых периода: Стуртское оледенение (или заморозки) и Мариноанское оледенение. Наш GSSP будет служить точкой отсчета для стуртского оледенения.
Когда-то здесь жили монахи, но теперь острова необитаемы, если не считать ученых, которые приезжают сюда каждое лето для изучения их скалистых берегов. В их число входит Энтони (Тони) Спенсер, который на протяжении десятилетий возглавляет там геологические экспедиции. В 1971 году Тони опубликовал ключевую работу, в которой показал, что горные породы хранят свидетельства древнего оледенения. Однако мнения о том, с каким ледниковым периодом в истории Земли они связаны, расходились.
Начиная с 2021 года, с помощью Тони, мы начали анализировать эти породы, а также лежащую в их основе платформу, которая состоит из минералов, известных как карбонаты. Интересно, что карбонатные слои под поверхностными породами, которые фиксируют оледенение, по-видимому, плавно переходят в ледниковые слои, что позволяет предположить, что между двумя единицами горных пород нет временного разрыва.
С точки зрения климата, это можно интерпретировать как то, что теплые моря, изобилующие бактериями, постепенно переходят в холодный климат, пока огромные ледяные щиты не покрыли некогда тропические отмели.
В других частях Земли этот ключевой переход в криогенный период, по-видимому, был устранен из-за эрозионной силы оледенения, что привело к пробелу в летописях. Таким образом, Гарвеллахи потенциально уникальны, если только удастся доказать их криогенный возраст.
Наша исследовательская группа собрала образцы песчаника из формации Порт-Аскайг толщиной 1,1 км, а также с более древней карбонатной платформы толщиной 70 м под ней.
Мы проанализировали крошечные, чрезвычайно прочные минералы в породе, называемые "цирконами". Их можно точно датировать, поскольку они содержат радиоактивный элемент уран, который превращается (распадается) в свинец с постоянной и известной скоростью. Цирконы, наряду с другими геохимическими данными, указывают на то, что породы были отложены между 720 и 662 миллионами лет назад.
Таким образом, формация Порт-Аскейг, вероятно, образовалась во время стуртского оледенения, длившегося примерно 60 миллионов лет.
Считается, что Земля покрылась льдом довольно быстро, на протяжении тысяч лет, из—за так называемого "эффекта альбедо" - чем больше льда, тем больше солнечного света отражается обратно в космос, и наоборот.
Сложная жизнь
Новые возрастные ограничения могут предоставить доказательства, необходимые для того, чтобы это место было объявлено в качестве ООПТ для начала криогенного периода. Во всем мире существует всего 12 других ООПТ, посвященных таким исключительным геологическим событиям. Криогенный GSSP в Шотландии ознаменовал бы момент, когда толстые ледяные щиты впервые достигли тогдашних тропических широт.
Для сравнения, даже в самую экстремальную точку последнего ледникового периода ледяные щиты покрывали лишь 8% территории земного шара, и то лишь на малую долю времени, представленного стуртским ледниковым периодом.
Криогенные оледенения также представляют собой критический момент в истории жизни. Молекулярные и ископаемые свидетельства свидетельствуют о том, что в криогенный период возникла первая сложная многоклеточная жизнь. В течение миллиардов лет, предшествовавших этому периоду, преобладали одноклеточные организмы. После криогенного периода начали формироваться экосистемы, основанные на животных и водорослях.
Одна из теорий заключается в том, что неравномерный ледяной покров, изолирующий экосистемы друг от друга, создал идеальные лаборатории для биологических экспериментов. Какой бы ни была причина, внезапное таяние льдов после десятков миллионов лет устойчивой адаптации привело бы к катастрофическим последствиям. Из той жизни, которая пережила это, произошли предки всех животных, включая нас самих.
Это новое исследование, а также продолжающиеся исследования Тони Спенсера и его команды, проложат путь к новому пониманию этого загадочного времени. Это может позволить нам, наконец, выяснить, что вызвало образование снежного кома на Земле и что это может рассказать нам о климатической системе.
