В геологических слоях Большого каньона в США отсутствуют свидетельства примерно 1,2 млрд лет истории Земли. Новое исследование показало, что причиной этого пробела могло стать движение земной мантии, которое подняло участки континентов, усилив эрозию, а позднее привело к их опусканию и накоплению новых осадочных пород, пишет Live Science.

В стенах каньона древние метаморфические и магматические породы возрастом около 1,7 млрд лет непосредственно соприкасаются с более молодыми осадочными породами, сформировавшимися примерно 500 млн лет назад. Между ними отсутствует огромный промежуток геологической истории, известный как Великое несогласие.

Этот период особенно важен для понимания истории жизни на Земле: он предшествовал кембрийскому взрыву и частично совпал с ним — этапом, когда разнообразие живых организмов резко увеличилось. Аналогичные пробелы в геологических слоях обнаружены не только в Северной Америке, но и в Балтийском регионе Европы и на севере Китая. Ученые давно спорят о причинах их возникновения.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые предложили объяснение, основанное на моделировании движения земной мантии — расположенного под земной корой слоя, в котором вещество медленно перемещается под воздействием тепла.

Модель показала, что циркуляция мантии могла вызвать поднятие трех упомянутых регионов в период формирования Великого несогласия. Это способствовало эрозии: осадочные материалы удалялись с континентов и переносились в океаны. Позднее, в течение последних 540 млн лет, эти территории начали опускаться. Возникли пространства, в которых осадки могли накапливаться, формируя новые слои горных пород. Эти результаты согласуются с геологическими наблюдениями в Северной Америке, Балтийском регионе и на севере Китая.

«Мы изучили, в каких местах воздействие мантии могло привести к образованию Великого несогласия. И оказалось, что все три региона — именно те территории, где этот геологический феномен выражен особенно отчетливо», — рассказал соавтор исследования, геолог Николас Фламен из Университета Вуллонгонга в Австралии.

Ранее некоторые ученые связывали образование Великого несогласия с глобальным оледенением, когда лед мог способствовать масштабному разрушению горных пород и удалению осадков с континентов. По словам Фламена, оледенение, вероятно, действительно сыграло важную роль. Однако новое исследование указывает на более глубокую причину: без поднятия континентов движением мантии ледники и другие силы эрозии не смогли бы столь эффективно перемещать осадочный материал вниз по склонам.

Земная кора постоянно обновляется в результате тектоники плит. Океанические плиты погружаются под другие плиты и уходят в мантию — этот процесс называется субдукцией. Вместе с ними в глубины планеты попадают различные химические элементы, которые впоследствии могут возвращаться в атмосферу в ходе вулканических извержений.

При этом состав материала, поступающего в мантию, меняется со временем. Например, древний океан Палеотетис, существовавший у берегов суперконтинента Пангея и закрывшийся около 200 млн лет назад, содержал богатые углеродом осадки, смытые с континентов. Когда океаническое дно погрузилось в мантию, часть этого углерода оказалась в глубинах Земли.

Сегодня значительная часть зон субдукции сосредоточена вокруг Тихого океана, большая часть дна которого удалена от континентов и содержит относительно мало углеродистых осадков. Поэтому химический состав вещества, поступающего в мантию сейчас, отличается от того, который был характерен для других геологических эпох.

По мнению геолога Шанана Питерса из Висконсинского университета в Мадисоне, отсутствие пород не следует считать просто утратой информации. Сам пробел в геологической летописи позволяет судить о процессах, происходивших на Земле, и их возможном влиянии на атмосферу и развитие жизни.

В период формирования Великого несогласия выходившие на поверхность кристаллические породы могли активнее высвобождать калий, железо, марганец и углерод, которые попадали в моря. Это могло повлиять на развитие морских организмов, в том числе способствовать появлению способности формировать минеральные структуры — например, раковины. Изменения также могли повлиять на состав атмосферы и повышение содержания кислорода.