La acción del hielo parece ser responsable de la erosión de rocas antiguas en todo el planeta.

Una nueva investigación proporciona más evidencia de que las rocas que representan hasta mil millones de años de tiempo geológico fueron talladas por antiguos glaciares durante el período de «Tierra bola de nieve» del planeta, según un estudio publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

La investigación presenta los últimos hallazgos en un debate sobre qué causó la «Gran disconformidad» de la Tierra: un intervalo de tiempo en el registro geológico asociado con la erosión de rocas de hasta 3 millas de espesor en áreas de todo el mundo.

«El hecho de que tantos lugares carezcan de rocas sedimentarias de este período ha sido una de las características más intrigantes del registro rocoso», dijo C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra e investigador principal del estudio. “Con estos resultados, el patrón comienza a tener mucho más sentido”.

La enorme cantidad de roca perdida que llegó a conocerse como la Gran Inconformidad se nombró por primera vez en el Gran Cañón a fines de 1800. La característica geológica conspicua es visible donde se intercalan capas de roca de períodos de tiempo distantes, y a menudo se identifica donde las rocas con los fósiles están directamente encima de los que no tienen fósiles.

En el Cañón Ladder de Colorado, rocas que difieren en edad en alrededor de mil millones de años están juntas en la Gran Disconformidad. Crédito: C. Brenhin Keller

«Este fue un momento fascinante en la historia de la Tierra», dijo Kalin McDannell, investigadora postdoctoral en Dartmouth y autora principal del artículo. «La Gran Inconformidad prepara el escenario para la explosión de vida del Cámbrico, que siempre ha sido intrigante ya que es tan abrupta en el registro fósil: los procesos geológicos y evolutivos a menudo son graduales».

Durante más de un siglo, los investigadores han buscado explicar la causa de la falta de tiempo geológico.

En los últimos cinco años, se han puesto de manifiesto dos teorías opuestas: una explica que la roca fue tallada por antiguos glaciares durante el período de la Tierra Bola de Nieve, hace unos 700 a 635 millones de años. El otro se enfoca en una serie de eventos de placas tectónicas durante un período mucho más largo durante el ensamblaje y la ruptura del supercontinente Rodinia desde hace aproximadamente 1000 millones a 550 millones de años.

La investigación dirigida por Keller en 2019 propuso por primera vez que la erosión generalizada de las capas de hielo continentales durante el intervalo glacial criogénico causó la pérdida de rocas. Esto se basó en indicadores geoquímicos que sugerían que grandes cantidades de erosión masiva correspondían al período de la Tierra Bola de Nieve.

«La nueva investigación verifica y avanza los hallazgos del estudio anterior», dijo Keller. «Aquí estamos proporcionando evidencia independiente de enfriamiento de rocas y kilómetros de exhumación en el período criogénico en una gran área de América del Norte».

El estudio se basa en una interpretación detallada de la termocronología para realizar la evaluación.

C. Brenhin Keller, profesor asistente de ciencias de la tierra, izquierda, y Kalin McDannell, investigador postdoctoral en ciencias de la tierra. Crédito: Eli Burakian/Dartmouth College

La termocronología permite a los investigadores estimar la temperatura que experimentan los cristales minerales a lo largo del tiempo, así como su posición en la corteza continental, dada una estructura térmica específica. Estas historias pueden proporcionar evidencia de cuándo se retiró la roca perdida y cuándo se pudieron haber exhumado las rocas actualmente expuestas en la superficie.

Los investigadores utilizaron varias medidas de datos termocronométricos publicados previamente en cuatro lugares de América del Norte. Las áreas, conocidas como cratones, son partes del continente que son química y físicamente estables, y donde la actividad de las placas tectónicas no habría sido común en ese momento.

Al ejecutar simulaciones que buscaron la trayectoria de tiempo y temperatura que experimentaron las rocas, la investigación registró una señal generalizada de enfriamiento rápido y de gran magnitud que es consistente con aproximadamente 2 a 3 millas de erosión durante las glaciaciones del interior de la Tierra Bola de Nieve de América del Norte.

«Mientras que otros estudios han utilizado la termocronología para cuestionar los orígenes de los glaciares, un fenómeno global como la Gran Discordancia requiere una evaluación global», dijo McDannell. «La glaciación es la explicación más simple de la erosión en una vasta área durante el período de la Tierra Bola de Nieve, ya que se creía que las capas de hielo cubrían la mayor parte de América del Norte en ese momento y pueden ser excavadores de rocas eficientes».

Según el equipo de investigación, la teoría en competencia de que la actividad tectónica esculpió la roca perdida se presentó en 2020, cuando un grupo de investigación independiente cuestionó si los glaciares antiguos eran lo suficientemente erosivos como para causar una pérdida masiva de roca. Si bien esta investigación también usó termocronología, aplicó una técnica alternativa a un solo sitio tectónicamente activo y sugirió que la erosión ocurrió antes de Snowball Earth.

“El concepto subyacente es bastante simple: algo eliminó mucha roca, lo que resultó en una gran pérdida de tiempo”, dijo Keller. «Nuestra investigación demuestra que solo la erosión glacial podría ser responsable a esta escala».

Según los investigadores, los nuevos hallazgos también ayudan a explicar los vínculos entre la erosión de las rocas y la aparición de organismos complejos hace unos 530 millones de años, durante la explosión del Cámbrico. Se cree que la erosión durante el período de la Tierra Bola de Nieve depositó sedimentos ricos en nutrientes en el océano que podrían haber proporcionado un entorno fértil para los componentes básicos de la vida compleja.

El estudio señala que las dos hipótesis sobre cómo se erosionó la roca no son mutuamente excluyentes: es posible que tanto la tectónica como la glaciación hayan contribuido a la interrupción del sistema global de la Tierra durante la formación de la Gran Discordancia. Sin embargo, parece que solo la glaciación puede explicar la erosión en el centro del continente, lejos de los márgenes tectónicos.

“En última instancia, con respecto a la Gran Inconformidad, puede ser que las reconstrucciones generalmente aceptadas del empaquetamiento ecuatorial más concentrado de los continentes rodinianos, junto con las condiciones ambientales únicas del Neoproterozoico, demostraron ser una época de serendipia geológica como ninguna otra. otros en la historia de la Tierra”, dice el trabajo de investigación.

Según el equipo, esta es la primera investigación que utiliza su enfoque de modelado termocronológico para estudiar un período que se extiende mucho más allá de los mil millones de años. En el futuro, el equipo repetirá su trabajo en otros continentes, donde esperan seguir probando estas hipótesis sobre cómo se creó y preservó la Gran Inconformidad.

Según el equipo, resolver las diferencias en la investigación es fundamental para comprender la historia temprana de la Tierra y la interconexión de los procesos climáticos, tectónicos y biogeoquímicos.

«El hecho de que haya habido erosión tectónica a lo largo de los bordes del cratón no descarta la glaciación», dijo McDannell. “Las discordancias son características compuestas, y nuestro trabajo sugiere que la erosión criogénica fue un contribuyente importante, pero es posible que tanto la erosión anterior como la posterior estén involucradas en la formación de la superficie de discordancia en diferentes lugares. Un examen global nos dirá más”.

Referencia: “Restricciones termocronológicas en el origen de la Gran Inconformidad” 25 de enero de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guenthner de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; Peter Zeitler de Universidad de Lehigh; y David Shuster de Universidad de California, Berkeley y el Centro de Geocronología de Berkeley fueron coautores del artículo.