I ricercatori hanno utilizzato i dati termici di quattro siti nordamericani per determinare la causa del “grande disallineamento”, una massiccia perdita di roccia avvenuta circa 700 milioni di anni fa. Credito: figura di Calin McDaniel

Il movimento del ghiaccio sembra essere responsabile dell’erosione di antiche rocce in tutto il pianeta.

Una nuova ricerca fornisce ulteriori prove che rocce che rappresentano fino a un miliardo di anni di tempo geologico sono state scolpite da antichi ghiacciai durante il periodo delle “palle di neve terrestre” del pianeta, secondo uno studio pubblicato su Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

La ricerca presenta gli ultimi risultati di un dibattito sulla causa del “grande disallineamento” della Terra, un intervallo di tempo nella documentazione geologica associato all’erosione di rocce spesse fino a 3 miglia in regioni di tutto il mondo.

“Il fatto che in così tanti luoghi manchino rocce sedimentarie di questo periodo di tempo è stata una delle caratteristiche più sconcertanti nella documentazione rupestre”, ha affermato C. Brenhen Keeler, assistente professore di scienze della Terra e primo investigatore dello studio. “Con questi risultati, il modello sta iniziando ad avere più senso”.

L’enorme quantità di roccia perduta che è diventata nota come la Grande Non Conformità è stata nominata per la prima volta per il Grand Canyon alla fine del XIX secolo. L’evidente caratteristica geologica è visibile dove sono raggruppati strati di rocce di epoche lontane, ed è spesso identificata dove rocce con fossili si trovano direttamente sopra quelle senza fossili.

Nel Lader Canyon del Colorado, rocce che differiscono per età di circa un miliardo di anni siedono insieme attraverso la grande discrepanza. Credito: C. Brenhen Keeler

“Questo è stato un periodo fantastico nella storia della Terra”, ha detto Callen McDaniel, ricercatore post-dottorato a Dartmouth e autore principale del documento di ricerca. “The Great Mismatch pone le basi per l’esplosione di vita del Cambriano, che è sempre stata sconcertante perché è così brusca nella documentazione sui fossili: i processi geologici ed evolutivi sono generalmente graduali”.

Per più di un secolo, i ricercatori hanno cercato di spiegare la causa del tempo geologico perduto.

Negli ultimi cinque anni sono state messe a fuoco due teorie opposte: una mostra che le rocce furono scolpite da antichi ghiacciai durante il periodo della Terra Palla di Neve da 700 a 635 milioni di anni fa. L’altro si concentra su una serie di eventi tettonici a placche in un periodo molto più lungo durante l’assemblaggio e la disintegrazione del subcontinente indiano Rodinia da circa 1 miliardo a 550 milioni di anni fa.

La ricerca condotta da Keeler nel 2019 ha suggerito per la prima volta che l’erosione diffusa delle calotte glaciali continentali durante il periodo interglaciale ha causato la perdita di roccia. Questo si basava su agenti geochimici che suggerivano che grandi quantità di erosione di massa corrispondessero al periodo delle palle di neve della Terra.

“La nuova ricerca convalida e corrobora i risultati dello studio precedente”, ha detto Keeler. “Qui forniamo prove indipendenti del raffreddamento delle rocce e delle miglia di esumazione nel periodo criogenico in una vasta area del Nord America”.

Lo studio si basa su un’interpretazione dettagliata della storia termica per effettuare la valutazione.

Brianne Keeler, assistente professore di scienze della terra, a sinistra, e Kallen McDaniel, ricercatrice post-dottorato in scienze della terra. Credito: Eli Burakian/Dartmouth College

La cronologia termica consente ai ricercatori di stimare la temperatura alla quale i cristalli minerali sono esposti nel tempo e la loro posizione nella crosta continentale osservando una particolare struttura termica. Queste date possono fornire prove di quando sono state rimosse le rocce mancanti e quando sono state estratte le rocce attualmente esposte in superficie.

I ricercatori hanno utilizzato più misurazioni da dati termogravimetrici precedentemente pubblicati, presi in quattro siti nordamericani. Le regioni, note come cratoni, sono parti chimicamente e fisicamente stabili del continente in cui l’attività tettonica a placche non era comune durante quel periodo.

Eseguendo simulazioni che hanno cercato la traiettoria temporale della temperatura che le rocce hanno attraversato, la ricerca ha registrato un segnale su larga scala di raffreddamento rapido e ad alto volume corrispondente a circa 2-3 miglia di erosione durante i ghiacciai della Snowball Earth attraverso l’interno del Nord America.

“Mentre altri studi hanno utilizzato la termocronologia per mettere in discussione l’origine glaciale, un fenomeno globale come il Great Mismatch richiede una valutazione globale”, ha affermato McDaniel. “La glaciazione è la spiegazione più semplice per l’erosione in una vasta area durante il periodo delle palle di neve della Terra, poiché si pensava che le calotte glaciali coprissero la maggior parte del Nord America in quel momento e avrebbero potuto essere efficienti escavatori di roccia”.

Secondo il team di ricerca, la teoria in competizione secondo cui l’attività tettonica ha scolpito la roccia perduta è stata avanzata nel 2020 quando un gruppo di ricerca separato si è chiesto se gli antichi ghiacciai si fossero erosi abbastanza da causare la massiccia perdita di roccia. Sebbene questa ricerca abbia utilizzato anche la termocronologia, ha applicato una tecnica alternativa a un solo sito tettonico attivo e ha suggerito che l’erosione si è verificata prima di Snowball Earth.

“Il concetto di base è molto semplice: qualcosa ha rimosso un grande gruppo di rocce, con conseguente perdita di molto tempo”, ha detto Keeler. “La nostra ricerca mostra che l’erosione glaciale da sola è responsabile su questa scala”.

Secondo i ricercatori, le nuove scoperte aiutano anche a spiegare i legami tra l’erosione delle rocce e l’emergere di organismi complessi circa 530 milioni di anni fa durante l’esplosione del Cambriano. Si ritiene che l’erosione durante il periodo delle palle di neve della Terra abbia depositato nell’oceano sedimenti ricchi di nutrienti che avrebbero fornito un ambiente fertile per i complessi mattoni della vita.

Lo studio suggerisce che le due ipotesi sull’erosione delle rocce non sono incompatibili: è possibile che sia la tettonica che la glaciazione abbiano contribuito all’interruzione del sistema terrestre globale durante la formazione del Grande Disallineamento. Tuttavia, sembra che solo la glaciazione possa spiegare l’erosione al centro del continente, lontano dalle frange tettoniche.

“In definitiva in termini di Grande Non Conformità, la ricostruzione generalmente accettata dell’incapsulamento tropicale più concentrato dei continenti rodniani, combinata con le condizioni ambientali uniche per il volo della vita moderna, potrebbero essersi rivelate un momento di fortuna geologica in in contrasto con la maggior parte degli altri nella storia della Terra”, afferma il documento di ricerca.

Secondo il team, questa è la prima ricerca che utilizza un approccio di modellazione della cronologia del calore per studiare un periodo che si estende oltre un miliardo di anni. In futuro, il team replicherà il proprio lavoro in altri continenti, dove sperano di testare queste ipotesi su come viene creata e mantenuta la Grande Non Conformità.

Secondo il team, risolvere le differenze nella ricerca è fondamentale per comprendere la storia antica della Terra e le interrelazioni tra i processi climatici, tettonici e biogeochimici.

“Il fatto che possa esserci stata un’erosione tettonica lungo i margini del Craton non esclude il verificarsi di glaciazioni”, ha detto McDaniel. “Le disconformità sono caratteristiche composite e il nostro lavoro indica che la corrosione criogenica ha contribuito in modo determinante, ma è possibile che l’usura precoce e successiva sia stata coinvolta nella formazione della superficie di non conformità in punti diversi. L’esame globale ci dirà di più”.

Riferimento: “Vincoli di tempo termico sulla grande origine della non conformità” 25 gennaio 2022, disponibile qui. Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guintner dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign. Peter Zeitler da Università di Lehigh; e David Schuster di Università della California, Berkeley Il Berkeley Center for Geosciences ha agito come co-autori del documento.