Геологи восстановили историю «Земли-снежного кома» по песчаникам Шотландии

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В глубинах геологической летописи Земли, среди бесчисленных слоев осадочных пород, скрыты свидетельства драматических событий, определивших облик нашей планеты. Одним из таких событий было криогений — период глобальных оледенений, начавшийся около 720 миллионов лет назад. Дважды за это время Земля превращалась в «снежок», окутываясь толстой ледяной коркой. И хотя эти оледенения давно канули в лету, их следы сохранились в горных породах, позволяя ученым реконструировать события далекого прошлого.

На западном побережье Шотландии, где суровые скалы встречаются с бескрайними просторами Атлантики, залегают породы далрадианской надгруппы. Эта мощная толща осадочных пород, сформировавшаяся на окраине древнего суперконтинента Родиния, хранит в себе следы криогения, в том числе первого из двух эпизодов, прозванных «Земя — снежный ком», известного как Стерсткое оледенение. Особенно интересна для геологов формация Порт-Аскайг — уникальный геологический памятник, достигающий толщины 1,1 км и состоящий из переслаивающихся ледниковых отложений (диамиктитов) и песчаников.

Земля - снежный ком, иллюстрация — Земля — снежный ком, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Диамиктиты — это хаотичное скопление обломков горных пород различного размера, принесенных и отложенных ледником. Они свидетельствуют о периодах наступления ледника, когда мощные ледяные потоки двигались по поверхности Земли, разрушая и перемалывая горные породы. Песчаники же, напротив, формировались во время отступления ледника, когда потоки талой воды несли с собой мелкий обломочный материал, откладывая его в виде слоистых осадков.

Именно песчаники формации Порт-Аскайг стали объектом исследования ученых из Университетского колледжа Лондона. Их внимание привлекли мельчайшие зерна циркона, содержащиеся в песчаниках. Циркон — это минерал, обладающий удивительной стойкостью к разрушению и сохраняющий в себе информацию о времени и условиях своего образования. Анализ возраста циркона, проведенный с помощью современных методов изотопной геохронологии, позволяет определить, откуда принесены песчинки и как менялись пути их переноса со временем.

Обобщение геологического фона формации Порт-Аскайг. (a) Обобщенная стратиграфия нижней части Дальрадийской супергруппы (Stephenson et al. 2013). Более древние геохронологические ограничения, показанные на литостратиграфическом каротаже далрадийской свиты, получены на основе U-Pb возраста деформированных пород под Грампианской группой (Noble et al. 1996), а молодые - на основе U-Pb возраста циркона из рифтовых вулканитов в верхней части Аргайлской группы (Dempster et al. 2002). Два возраста Re-Os также показаны для сланцевой формации Баллачулиш группы Аппин (Rooney et al. 2011) и сланцевой формации Бен-Игач группы Иасдейл (Moles and Selby 2023). Обоснованность того, что это возраст отложения, обсуждается в тексте. (b) Стратиграфическая колонка из формации Порт-Аскайг (Ali et al. 2018). Показаны примерные стратиграфические позиции отобранных горизонтов. (c) Упрощенная геологическая карта Дальрадийской супергруппы в Шотландии (Шетландские острова не показаны). (d) Упрощенная геологическая карта Дальрадийской супергруппы в Донегале, Ирландия. Источник: части (c) и (d) изменены на основе Thomas et al. (2004). — Обобщение геологического фона формации Порт-Аскайг. (a) Обобщенная стратиграфия нижней части Дальрадийской супергруппы (Stephenson et al. 2013). Более древние геохронологические ограничения, показанные на литостратиграфическом каротаже далрадийской свиты, получены на основе U-Pb возраста деформированных пород под Грампианской группой (Noble et al. 1996), а молодые — на основе U-Pb возраста циркона из рифтовых вулканитов в верхней части Аргайлской группы (Dempster et al. 2002). Два возраста Re-Os также показаны для сланцевой формации Баллачулиш группы Аппин (Rooney et al. 2011) и сланцевой формации Бен-Игач группы Иасдейл (Moles and Selby 2023). Обоснованность того, что это возраст отложения, обсуждается в тексте. (b) Стратиграфическая колонка из формации Порт-Аскайг (Ali et al. 2018). Показаны примерные стратиграфические позиции отобранных горизонтов. (c) Упрощенная геологическая карта Дальрадийской супергруппы в Шотландии (Шетландские острова не показаны). (d) Упрощенная геологическая карта Дальрадийской супергруппы в Донегале, Ирландия. Источник: части (c) и (d) изменены на основе Thomas et al. (2004).
Автор: Rugen Elias J.; Pastore Guido; Vermeesch Pieter; Spencer Anthony; M. Webster David; Smith Adam G. G.; Carter Andrew; Shields Graham A.; The Geological Society of London; DOI: 10.1144/jgs2024-029; CC-BY 4.0 Источник: www.lyellcollection.org

Ученые исследовали более 2000 зерен циркона из 11 образцов песчаника, отобранных из разных частей формации Порт-Аскайг. Возраст зерен варьировался в широких пределах — от 3,7 миллиарда до 660 миллионов лет, охватывая огромный промежуток геологической истории. В нижних слоях формации доминировали зерна возрастом около 1 миллиарда лет, характерные для пород Лаврентии — древнего континента, ядром которого является Северная Америка. Это подтверждало предположение о том, что далрадианская надгруппа образовалась на окраине Лаврентии.

Однако по мере продвижения вверх по разрезу, картина менялась. В песчаниках появлялось все больше древних зерен архейского возраста (старше 2,5 миллиардов лет), достигая максимума в средней части формации. Это свидетельствовало о том, что ледник, наступая на континент, постепенно «срезал» верхние слои земной коры, обнажая все более древние породы фундамента.

Но вот загадка: в самых верхних слоях формации Порт-Аскайг, сформировавшихся на завершающей стадии Стертского оледенения, древние зерна практически исчезли! Этот факт заставил ученых пересмотреть представления о динамике древних оледенений. Если раньше считалось, что Стертский ледник был относительно статичным, то новые данные указывали на его высокую подвижность и способность кардинально перестраивать ландшафт.

Самые молодые возрасты отдельных зерен из восьми образцов данного исследования, в которых обнаружены зерна с U-Pb возрастом, попадающие во временной интервал «стерского» оледенения или потенциально обеспечивающие полезный максимальный возраст отложения, показаны относительно их стратиграфической высоты. Самый молодой возраст отдельных зерен из трех других образцов не показан, поскольку он превышает текущее максимальное возрастное ограничение для Дальрадийской супергруппы (т.е. >806 ± 3 млн лет; Noble et al. 1996). Стратиграфическая колонка формации Port Askaig толщиной 1100 м и 70 м формации Garbh Eileach приведена для справки. Горизонтальные полосы охватывают различные члены формации Порт-Аскайг. Самые молодые единичные зерна имеют молодой возраст вверх по разрезу (стрелка) и попадают в ожидаемые рамки доледниковых и синеледниковых толщ для «стерского» оледенения (717-658 млн лет). YSG - самое молодое отдельное зерно. — Самые молодые возрасты отдельных зерен из восьми образцов данного исследования, в которых обнаружены зерна с U-Pb возрастом, попадающие во временной интервал «стерского» оледенения или потенциально обеспечивающие полезный максимальный возраст отложения, показаны относительно их стратиграфической высоты. Самый молодой возраст отдельных зерен из трех других образцов не показан, поскольку он превышает текущее максимальное возрастное ограничение для Дальрадийской супергруппы (т.е. >806 +- 3 млн лет; Noble et al. 1996). Стратиграфическая колонка формации Port Askaig толщиной 1100 м и 70 м формации Garbh Eileach приведена для справки. Горизонтальные полосы охватывают различные члены формации Порт-Аскайг. Самые молодые единичные зерна имеют молодой возраст вверх по разрезу (стрелка) и попадают в ожидаемые рамки доледниковых и синеледниковых толщ для «стерского» оледенения (717-658 млн лет). YSG — самое молодое отдельное зерно.
Автор: Rugen Elias J.; Pastore Guido; Vermeesch Pieter; Spencer Anthony; M. Webster David; Smith Adam G. G.; Carter Andrew; Shields Graham A.; The Geological Society of London; DOI: 10.1144/jgs2024-029; CC-BY 4.0 Источник: www.lyellcollection.org

Возможно, ледниковая эрозия создала глубокие впадины, где «застряли» древние зерна, или же потоки талой воды изменили свое направление, принося обломки пород с других территорий. Не исключено также, что изменение распределения зерен циркона связано с тектоническими процессами, происходившими на окраине Лаврентии в период Стерстского оледенения.

Результаты исследования, опубликованные в Journal of the Geological Society, не только проливают свет на динамику древних оледенений, но и позволяют уточнить хронологию криогения. Оказалось, что возраст самых молодых зерен циркона в формации Порт-Аскайг составляет около 660 миллионов лет. Это хорошо согласуется с данными других исследований, указывая на то, что формацию Порт-Аскайг действительно можно отнести к Стерсткому оледенению.

Эта история, запечатленная в песчинках шотландских скал, напоминает нам о том, насколько грандиозными и необратимыми могут быть последствия глобальных изменений климата. Она также подчеркивает важность изучения геологического прошлого для понимания процессов, формирующих облик нашей планеты.