Pod koniec XVII wieku szkocki badacz James Hutton zauważył, że na klifach Siccar Point na wschodnim wybrzeżu Szkocji brakuje śladów skał, których należało się spodziewać. Podobny brak spostrzegł też amerykański geolog John Wesley Powell w Wielkim Kanionie Kolorado podczas wyprawy w 1869 roku. Otóż najstarsze skały osadowe w szkockich klifach miały 435 milionów lat, w kanionie Kolorado około 550 milionów. Pod nimi znajduje się warstwa skał krystalicznych, których wiek to około 1,7 miliarda lat. Pomiędzy nimi nie ma ani śladu skał z długiego okresu liczącego niemal 1,2 miliarda lat!
Jak może „brakować skał”? Skały osadowe powstają na przykład często w cyklach rocznych – jaśniejsza warstwa osadów pochodzi z lata, ciemniejsza z zimy. Licząc takie ciemniejsze i jaśniejsze warstwy (i dzieląc liczbę przez dwa) można oszacować, ile lat liczy skała. Są też inne, pośrednie metody szacowania wieku.
Powell oszacował, że grubość skał osadowych powinna w Wielkim Kanionie wynosić niemal 3 tysiące metrów. Tymczasem ma nieco ponad 150. Co zabrało – i dokąd – ślady ponad miliarda lat historii, o grubości ponad dwóch i pół tysiąca metrów? Tego Powell nie potrafił wyjaśnić. Przerwę nazwał „Wielką Niezgodnością”.
„Wielka Niezgodność”, czyli gdzie się podziały skały z miliarda lat
Dziś geologowie datują skały badając proporcje promieniotwórczych pierwiastków. Uran z czasem ulega przemianie w ołów. Proporcje tych dwóch pierwiastków pozwalają określić, ile lat może liczyć skała – im jest starsza, tym mniej uranu powinno w niej pozostać, a więcej być ołowiu. To najstarsza metoda datowania radiometrycznego użyta po raz pierwszy w 1907 roku. Dziś wykorzystuje się też proporcje innych pierwiastków.
One również wskazują, że w wielu miejscach na świecie widnieje przerwa w geologicznej historii Ziemi licząca ponad miliard lat. Geolodzy takie przerwy nazywają niezgodnościami. Nie są rzadkie. Są śladem tego, że skały zabrała woda lub wędrujące lodowce, albo przesunęły je zderzające się kontynenty i wypiętrzające się łańcuchy gór.
Są to jednak niezgodności, które wydarzały się w rożnych miejscach i w różnym czasie. „Wielka Niezgodność” odkrywana jest natomiast w wielu różnych miejscach na świecie i zawsze wskazuje na ten sam okres w dziejach. Na całej Ziemi musiało się stać coś bardzo dramatycznego, co zabrało ślady ponad miliarda lat jej historii. Co takiego mogło objąć cały glob?
Co skuło lodem równikową Rodinię
W latach 60. ubiegłego wieku paleontolog W. Brian Hamilton zauważył, że wszystkie osady z okresu między 750 a 580 milionami lat noszą ślady działania lodowców. Istniał wtedy jeden superkontynent – Rodinia. Położona była jednak prawie cała na równiku.
Jeżeli lodowce były wówczas nawet na równiku, oznacza to, że cała planeta musiała być skuta lodem. Ziemia zamieniła się w wielką śnieżkę. Ślady lodowców wskazują, że taki stan utrzymywać się musiał przynajmniej kilkadziesiąt tysięcy lat – a być może nawet i milion. Pomiędzy okresami całkowitego zlodowacenia pojawiały się krótkie i miejscowe „roztopy”, jednak lodowce nigdy nie wycofały się dużo dalej niż za granicę zwrotników.
Czy Ziemia mogła zamarznąć cała? Tak, bo im więcej pojawia się na niej lodu, tym więcej słonecznego ciepła odbija. Z różnych modeli wynika, że jeśli lodowce dotrą mniej więcej w okolice zwrotników, zamarznie cała planeta – także na równiku.
Trzeba przyznać, że hipoteza globalnego zlodowacenia (zwana też hipotezą Ziemi-śnieżki) nie została entuzjastycznie przyjęta przez wszystkich naukowców. Już miliard lat temu żyły na Ziemi proste wielokomórkowe organizmy. Jak życie mogło przetrwać pod grubą nawet na trzy kilometry warstwą lodu, która skuła całą planetę? Być może na równiku jednak zdarzały się miejsca wolne od lodu. Może życie przetrwało w sadzawkach na powierzchni lodowców, gdy nadtapiało je słońce. Wiemy tylko, że życie przetrwało.
To lodowce odpowiadają za „Wielką Niezgodność”. Zniszczyły skały, których brakuje na powierzchni Ziemi
Badacze z amerykańskiego Dartmouth College opublikowali niedawno pracę, w której przedstawiają nowe dowody na to, że całą planetę mógł pokrywać lód. Profesor C. Bernhin Keller już w 2019 roku zaproponował, że za „Wielką Niezgodność” odpowiadają właśnie lodowce. Powstawały z początku tam, gdzie jest najchłodniej, blisko biegunów. Gdy się przesuwały pod własnym ciężarem, spychały przed sobą miękkie, osadowe skały do oceanów.
– Zlodowacenie jest najprostszym wytłumaczeniem erozji, która miała miejsce podczas okresu Ziemi-śnieżki – mówi dr Kalin McDonell, główny autor pracy opublikowanej właśnie „PNAS”. Badacze wykorzystali metodę termochronometrii (która prócz daty powstawania skał uwzględnia też temperaturę, w jakiej powstawały). Sądzą, że znaleźli dowody na ślady niezwykle silnej wówczas erozji. Lodowce zdarły z powierzchni Ziemi skały o grubości 3 do 5 tys. metrów.
Skały osadowe są bogate w składniki potrzebne organizmom żywym. Gdy trafiły do oceanów, użyźniły je. To z kolei tłumaczy eksplozję życia, która miała miejsce w epoce kambru 530 milionów lat temu – sugerują też badacze.
– To fascynujący okres w dziejach Ziemi – mówi dr McDanell. – „Wielka Niezgodność” przygotowała scenę eksplozji kambryjskiej, której gwałtowność zawsze była zastanawiająca.
Zespół z Dartmouth College twierdzi, że za „brak skał” w różnych miejscach świata odpowiada zapewne zarówno erozja lodowcowa, jak i procesy tektoniczne – czyli ruchy skorupy ziemskiej. W pracy jednak przedstawiają dowody na to, że tylko erozja lodowcowa może wyjaśnić „Wielką Niezgodność” z dala od krawędzi tektonicznych płyt w centralnej części Ameryki Północnej.
Badacze chcą powtórzyć swoje badania na innych kontynentach. Wtedy będziemy mogli być pewni, czy za „Wielką Niezgodność” rzeczywiście odpowiada „Ziemia-śnieżka”.
Źródła: Dartmouth College; PNAS; BBC Future.
