與 Snowball Earth 缺失的一環(huán)終于浮出水面

大約 7 億年前，地球冷卻得如此之多，以至于科學(xué)家們認(rèn)為巨大的冰蓋像一個(gè)巨大的雪球一樣包裹著整個(gè)地球。這場全球性的深度凍結(jié)，被稱為 Snowball Earth，忍耐了數(shù)千萬年.

然而，奇跡般地，早期生活不僅堅(jiān)持了下來，而且茁壯成長.當(dāng)冰融化，大地解凍時(shí)，復(fù)雜的多細(xì)胞生命出現(xiàn)，最終導(dǎo)致我們今天認(rèn)識(shí)的生命形式。

這Snowball Earth 假說主要基于暴露于以下地區(qū)的沉積巖的證據(jù)曾經(jīng)沿著海岸線和淺海，以及氣候建模.直到現(xiàn)在，科學(xué)家們一直沒有發(fā)現(xiàn)冰蓋覆蓋溫暖赤道地區(qū)大陸內(nèi)部的物理證據(jù)。

在最新研究發(fā)布在美國國家科學(xué)院院刊，我們的地質(zhì)學(xué)家團(tuán)隊(duì)描述了缺失的一環(huán)，該一環(huán)是在形成科羅拉多州派克峰的花崗巖中的一種不尋常的鵝卵石砂巖中發(fā)現(xiàn)的。

解開山上的 Snowball Earth 之謎

派克峰，原名 Tavá Kaa-vi由 Ute 人將其祖先的名字 Ava（塔瓦）借給這些著名的巖石。他們是由凝固的砂注入巖組成，其形成方式類似于當(dāng)富含沙子的液體被壓入下層巖石時(shí)的醫(yī)療注射。

形成這些神秘砂巖的一個(gè)可能解釋是，上覆的雪球地球冰蓋的巨大壓力迫使沉積物與融水混合到下面脆弱的巖石中。

然而，測(cè)試這一想法的一個(gè)障礙是，巖石缺乏年齡來揭示何時(shí)存在適合噴砂的地質(zhì)條件。

我們找到了一種解開這個(gè)謎團(tuán)的方法，利用在派克峰附近和科羅拉多州其他地方的 Tava 注入巖旁邊發(fā)現(xiàn)的鐵脈。

鐵礦物含有非常少量的天然放射性元素，包括鈾，這些元素會(huì)慢慢地以已知速率衰變到元素鉛.近期進(jìn)展基于激光的輻射測(cè)年使我們能夠測(cè)量氧化鐵礦物赤鐵礦中鈾與鉛同位素的比率，以揭示單個(gè)晶體形成的時(shí)間。

鐵礦脈似乎是在沙子注入科羅拉多基巖之前和之后形成的：我們發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦和石英礦脈，它們都穿過了塔瓦堤壩，并被塔瓦堤壩橫切。

這使我們能夠計(jì)算出沙注入巖的年齡段，它一定是在 6.9 億到 6.6 億年前形成的。

那么，發(fā)生了什么呢？

時(shí)間范圍是指這些砂巖形成于冰冷時(shí)期，從 7.2 億年前到 6.35 億年前。這個(gè)名字來源于古希臘語中的“冷出生”，是氣候劇變和地球上生命中斷的代名詞，包括雪球地球。

雖然當(dāng)時(shí)極寒的觸發(fā)因素存在爭議，但流行的理論包括構(gòu)造板塊活動(dòng)的變化，包括向大氣中釋放的粒子，將陽光反射到遠(yuǎn)離地球的地方。

最終，一個(gè)火山脫氣產(chǎn)生的二氧化碳積聚可能再次使地球變暖。

在派克峰上發(fā)現(xiàn)的塔瓦火山可能在赤道附近形成，位于名為 Laurentia 的古老大陸，隨著時(shí)間的推移和漫長的構(gòu)造周期，它逐漸移動(dòng)到今天北美的北部位置。

塔瓦石的起源一直存在爭議超過 125 年，但新技術(shù)使我們能夠首次最終將它們與低溫雪球地球時(shí)期聯(lián)系起來。

我們?cè)O(shè)想的噴砂方式的場景如下所示：

一個(gè)巨大的冰蓋底部有地?zé)峒訜釁^(qū)域，產(chǎn)生了融水，并與下面富含石英的沉積物混合在一起。

冰蓋的重量產(chǎn)生了巨大的壓力，迫使這種沙質(zhì)液體進(jìn)入已經(jīng)被削弱了數(shù)百萬年的基巖中。

與今天的天然氣或石油水力壓裂類似，壓力使巖石破裂，并將沙質(zhì)融水推入，最終形成我們今天看到的注入巖。

另一個(gè)地質(zhì)之謎的線索

這些新發(fā)現(xiàn)不僅進(jìn)一步鞏固了全球雪球地球假說，而且在曾經(jīng)被冰蓋覆蓋的脆弱、斷裂的巖石中存在 Tava 注入巖，為其他地質(zhì)現(xiàn)象提供了線索。

巖石記錄中因侵蝕而形成的時(shí)間間隔稱為不整合面今天在美國各地都可以看到，最著名的是在大峽谷，那里的某些地方缺少了十億多年的時(shí)間。當(dāng)持續(xù)的侵蝕期去除并阻止新巖石層的形成，留下不整合的接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生不整合。

我們的結(jié)果支持派克峰附近的大不整合面一定是在低溫雪球地球之前形成的。這與將大不整合的形成歸因于大規(guī)模侵蝕由 Snowball Earth 冰蓋本身提供。

我們希望科羅拉多州這些難以捉摸的低溫巖石的秘密將導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)雪球地球的更多陸地記錄。這些發(fā)現(xiàn)有助于更清楚地了解極端氣候期間我們的星球以及導(dǎo)致我們今天居住的宜居星球的過程。

利亞姆·考特尼-戴維斯， 地質(zhì)科學(xué)博士后研究助理，科羅拉多大學(xué)博爾德分校;克里斯汀·西多韋， 地質(zhì)學(xué)教授，Colorado College和麗貝卡·弗勞爾斯， 地質(zhì)科學(xué)教授，科羅拉多大學(xué)博爾德分校

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