Изменения в подземных водах миллионы лет назад привели к чередованию ярко-желтых и коричневых слоев в минеральном сфалерите, и эти изменения совпадают с движениями на орбите Земли, которые повлияли на климат в далеком прошлом, обнаружили ученые штата Пенсильвания.
Выводы предоставляют новые доказательства того, как изменения климата повлияли на количество осадков и грунтовых вод на планете, процесс, который ученые недостаточно задокументировали, говорят исследователи.
«Это исследование показывает, что полосы сфалерита могут быть использованы в качестве отпечатков пальцев подземных вод в геологическом прошлом», - сказал Мингсонг Ли, доцент-исследователь геолого-геофизических исследований в Пенсильванском университете.«Подземные воды имеют решающее значение для понимания глобального изменения уровня моря, химического выветривания и эволюции ландшафта, и это исследование представляет новую идею, помогающую определить роль подземных вод в системе Земли».
Увеличение количества осадков повлияло на цветные полосы в образцах сфалерита из рудного района Верхней долины Миссисипи на Среднем Западе США, заявили ученые. Увеличение количества осадков привело к тому, что богатые кислородом грунтовые воды просочились на глубину, где образовался минерал, а усиленное окисление привело к появлению более светлых желтых полос. Более сухие времена дали более темные коричневые цвета.
Используя новую технологию датирования, ученые обнаружили, что эти модели отложений соответствуют изменениям орбиты Земли в течение десятков и сотен тысяч лет, известным как астрономические циклы Миланковича..
Эти циклы относятся к изменениям формы орбиты Земли и изменениям наклона ее вращения, которые могли привести к более теплым и влажным условиям в периоды от 299 миллионов до 252 миллионов лет назад, когда образовался сфалерит, ученые сказали.
«То, что мы делаем, - это объединение геохимических исследований руд с тем, что мы знаем об астрономических циклах из самых разных исследований», - сказал Хьюберт Барнс, выдающийся почетный профессор Пенсильванского университета. «Никто никогда не пытался сделать это раньше».
Исследование основано на предыдущей работе, которая показывает, что гидротермальные флюиды, создавшие залежи руды в современных Айове, Иллинойсе и Висконсине, зародились как подземные воды в Аппалачах. Вода нагревалась за счет геотермальных процессов и собирала на своем пути металлы и растворенные вещества.
Но во время обильных осадков новые источники подземных вод текли примерно на 3000 футов ниже поверхности, неся более высокие уровни кислорода и смешиваясь с гидротермальными флюидами, создавая разноцветные полосы в сфалерите.
Исследователи оцифровали профиль сфалерита из Висконсина в градациях серого и проанализировали полосы с помощью нового компьютерного программного обеспечения, которое может обнаруживать периодические сигналы в образцах. Они обнаружили отчетливые частотные пики в полосах, которые коррелируют с циклами Миланковича.
Результаты, опубликованные сегодня (12 ноября) в журнале Geochemical Perspective Letters, могут помочь объяснить изменения уровня моря в периоды истории Земли, когда планета была слишком теплой для льда, заявили ученые.
Изменения в грунтовых водах могут оказать реальное воздействие на уровень моря. По мнению ученых, если бы сегодня все подземные воды слились в океаны, уровень моря поднялся бы более чем на 180 футов.
Тем не менее, прогнозы долгосрочного глобального среднего уровня моря в масштабах от сотен до тысяч лет часто не включают вклад запасов воды на суше, говорят ученые. Межправительственная группа экспертов по изменению климата, например, считает, что влияние запасов воды на суше на повышение уровня моря невелико.
«Это исследование открывает новый способ оценки климатического контроля активности подземных вод, связанной с глобальными круговоротами воды», - сказал Ли. «Это первое прямое свидетельство активности подземных вод в далеком прошлом».