Une nouvelle recherche renforce le lien entre les glaciers et les “grandes irrégularités” déroutantes sur Terre

L’action de la glace semble être responsable de l’érosion de la roche primitive à travers la planète.

Selon une étude publiée dans Président de l’Académie nationale des sciences.

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

“Le fait que tant d’endroits aient perdu des roches sédimentaires de cette période est devenu l’une des caractéristiques les plus déroutantes des archives rupestres”, a déclaré C. Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la Terre et chercheur principal sur l’étude. “Avec ces résultats, le modèle commence à avoir plus de sens.”

La grande quantité de roche perdue connue sous le nom de Grande discordance a été mentionnée pour la première fois dans le Grand Canyon à la fin des années 1800. Une caractéristique géologique remarquable est observée là où des couches de roches d’époques lointaines sont prises en sandwich, et elle est souvent identifiée là où des roches avec des fossiles se trouvent directement au-dessus de celles qui ne contiennent pas de fossiles.

Dans le Ladder Canyon du Colorado, des roches dont l’âge diffère d’environ un milliard d’années se rejoignent à travers la grande discordance. Crédit : C. Brenhin Keller

“C’est une période passionnante de l’histoire de la Terre”, a déclaré Kalin McDannell, chercheur postdoctoral à Dartmouth et auteur principal de l’article. “La Grande Désorganisation a préparé le terrain pour l’explosion cambrienne de la vie, qui est toujours déconcertante parce qu’elle est si soudaine dans les archives fossiles – les processus géologiques et évolutifs sont généralement graduels.”

Depuis plus d’un siècle, les chercheurs tentent d’expliquer les causes de la perte du temps géologique.

Au cours des cinq dernières années, deux théories opposées sont apparues : la première explique que la roche a été creusée par d’anciens glaciers pendant la période Snowball Earth il y a environ 700 à 635 millions d’années. D’autres se concentrent sur une série d’événements tectoniques des plaques sur une période plus longue lors de l’assemblage et de l’éclatement du supercontinent Rodinia il y a environ 1 milliard à 550 millions d’années.

Les recherches menées par Keller en 2019 ont proposé pour la première fois que l’érosion généralisée par les calottes glaciaires continentales pendant l’intervalle glaciaire cryogénien provoquait une perte de roche. Il est basé sur des proxies géochimiques montrant que de grandes quantités d’érosion de masse correspondent à la période Snowball Earth.

“La nouvelle recherche vérifie et fait progresser les résultats des études précédentes”, a déclaré Keller. “Ici, nous fournissons des preuves indépendantes du refroidissement des roches et des kilomètres d’excavation pendant la période cryogénienne sur une grande partie de l’Amérique du Nord.”

Cette étude s’appuie sur une interprétation détaillée de la thermochronologie pour porter des jugements.

Brenhin Keller et Kalin McDannell

C. Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la terre, à gauche, et Kalin McDannell, chercheur postdoctoral en sciences de la terre. Crédit : Eli Burakian/Dartmouth College

La thermochronologie permet aux chercheurs d’estimer la température que subit un cristal minéral au fil du temps ainsi que sa position dans la croûte continentale avec une structure thermique spécifique. Un tel historique peut fournir des preuves du moment où la roche perdue a été enlevée et du moment où la roche actuellement exposée à la surface a pu être excavée.

Les chercheurs ont utilisé plusieurs mesures à partir de données thermochronométriques précédemment publiées prises sur quatre sites nord-américains. Les régions, appelées cratons, sont des parties du continent qui sont chimiquement et physiquement stables et où l’activité tectonique des plaques ne serait pas courante pendant cette période.

En exécutant des simulations qui recherchent les voies temps-température par lesquelles la roche se déplace, l’étude a enregistré des signaux larges de refroidissement rapide à haut volume correspondant à environ 2 à 3 miles d’érosion pendant la glaciation de Snowball Earth à l’intérieur de l’Amérique du Nord.

“Alors que d’autres études ont utilisé la thermochronologie pour remettre en question les origines glaciaires, des phénomènes mondiaux tels que la grande discordance nécessitent une évaluation globale”, a déclaré McDannell. “La glaciation est l’explication la plus simple de l’érosion sur une grande surface pendant la période Snowball Earth, car on pensait que les calottes glaciaires couvraient la majeure partie de l’Amérique du Nord à cette époque et auraient pu être des creuseurs de roche efficaces.”

Selon l’équipe de recherche, la théorie concurrente selon laquelle l’activité tectonique a creusé la roche perdue a été avancée en 2020 lorsqu’un groupe de recherche distinct s’est demandé si les anciens glaciers étaient suffisamment érosifs pour provoquer une perte massive de roche. Bien que l’étude ait également utilisé la thermochronologie, elle a appliqué des techniques alternatives à un seul emplacement tectonique actif et a suggéré que l’érosion s’est produite avant Snowball Earth.

“Le concept sous-jacent est assez simple : quelque chose enlève beaucoup de roche, ce qui entraîne beaucoup de temps perdu”, a déclaré Keller. “Nos recherches montrent que seule l’érosion glaciaire est responsable à cette échelle.”

Selon les chercheurs, les nouvelles découvertes permettent également d’expliquer le lien entre l’érosion des roches et l’apparition d’organismes complexes il y a environ 530 millions d’années lors de l’explosion cambrienne. On pense que l’érosion pendant la période Snowball Earth a déposé dans les océans des sédiments riches en nutriments qui pourraient fournir un environnement fertile pour les fondations d’une vie complexe.

L’étude note que les deux hypothèses sur la façon dont les roches érodées ne sont pas mutuellement exclusives – il est possible que la tectonique et la glaciation aient contribué à la perturbation du système terrestre global lors de la formation de la Grande Discordance. Cependant, il semble que seule la glaciation puisse expliquer l’érosion au centre du continent, loin des bords tectoniques.

“En fin de compte, en ce qui concerne la Grande Dissonance, il est possible que des reconstructions généralement acceptées de la différence de l’emballage équatorial plus concentré du continent rodinien, ainsi que des conditions environnementales néoprotérozoïques uniques, s’avèrent être une autre période la plus géologiquement coïncidente. dans l’histoire de la Terre”, indique le document de recherche.

Selon l’équipe, il s’agit de la première étude à utiliser leur approche de modélisation thermochronologique pour étudier une période qui s’étend au-delà d’un milliard d’années. À l’avenir, l’équipe répétera son travail sur d’autres continents, où elle espère tester davantage cette hypothèse sur la façon dont la grande discordance a été créée et préservée.

Selon l’équipe, la résolution des différences dans la recherche est essentielle pour comprendre l’histoire ancienne de la Terre et l’interconnexion des processus climatiques, tectoniques et biogéochimiques.

“Le fait qu’il y ait eu une érosion tectonique le long du bord du craton n’exclut pas la glaciation”, a déclaré McDannell. « Les troubles sont une caractéristique composite, et nos travaux suggèrent que l’érosion cryogénienne a été un contributeur majeur, mais il est possible qu’une érosion plus précoce et plus tardive ait été impliquée dans la formation de la surface de discordance sur différents sites. Une vérification globale nous en dira plus.”

Référence : « Contraintes thermochronologiques sur l’origine de la grande discordance », 25 janvier 2022, Président de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2118682119

William Guenthner, de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ; Peter Zeitler de

Université Lehigh
.Établie en 1865, l’Université Lehigh est une université de recherche privée à Bethléem, en Pennsylvanie. Il est organisé en quatre collèges: le PC Rossin College of Engineering and Applied Science, le College of Arts and Sciences, le College of Business and Economics et le College of Education. Lehigh a produit des lauréats du prix Pulitzer, des lauréats de la médaille nationale des sciences, des boursiers Fulbright et des membres de l’Académie américaine des arts et des sciences et de la National Academy of Sciences.

“> Université de Lehigh; et David Shuster de

Université de Californie, Berkeley
Située à Berkeley, en Californie et fondée en 1868, l’Université de Californie, Berkeley est une université publique de recherche qui s’appelle également UC Berkeley, Berkeley, Californie ou Cal. Il entretient des relations étroites avec trois laboratoires nationaux du DOE : Lawrence Berkeley National Laboratory, Los Alamos National Laboratory et Lawrence Livermore National Laboratory.

“>Université de Californie, Berkeley et le Berkeley Center for Geochronology ont été co-auteurs de cet article.

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