Представьте себе извержение огромного вулкана на северо-западе Тихого океана, изливающего лаву на Вашингтон, Орегон и Айдахо. Представьте, как лава изливается наружу до тех пор, пока долины рек не заполнятся. Пока кусты и кустарники не будут погребены под жидкой породой. Пока самые высокие деревья не будут полностью покрыты.
Около 16 миллионов лет назад это произошло.
Лава изливалась импульсами, в конечном итоге похоронив регион на высоте 30-этажного дома. Если бы лава была равномерно распределена по нижним 48 штатам, а не сосредоточена на северо-западе, она покрыла бы страну на глубину около 80 футов.
До сих пор большинство геологов считали, что потребовалось почти 2 миллиона лет, чтобы извергнуть всю эту лаву, известную под общим названием «базальты наводнения реки Колумбия». Но сегодня исследователи из Принстона публикуют результаты, которые показывают, что это произошло более чем в два раза быстрее, чем считалось ранее, причем 95 процентов извержений произошло в течение окна в 750 000 лет.
Базальты Потопа привлекали внимание геологов на протяжении веков. Как крупнейшие вулканические явления на Земле, они были причастны к массовым вымираниям, таким как крупнейшее вымирание в истории Земли, произошедшее 252 миллиона лет назад. 16 миллионов лет назад не было массового вымирания, но в то время произошло крупное климатическое событие, известное как климатический оптимум среднего миоцена (MMCO), событие глобального потепления с высокими температурами и повышенным уровнем углекислого газа в атмосфере.
Те же самые вулканы, которые извергают жидкие породы, также изрыгают парниковые газы, поэтому геологи задались вопросом, существует ли связь между базальтами наводнения и глобальным потеплением MMCO. Только одна проблема: до сих пор никто не был уверен относительно времени появления базальтов из паводка реки Колумбия.
«Чтобы ответить на вопрос, вызвали ли MMCO базальты паводка реки Колумбия, нам нужно как можно точнее знать время извержений и климатических сдвигов», - сказал Блэр Шон, доцент геолого-геофизических наук.
«Проще говоря, люди не знали точно, когда и как долго происходило извержение базальтовой группы реки Колумбия, что затрудняло изучение причинно-следственной связи с MMCO», - сказала Дженнифер Касбом, аспирантка. и ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Science Advances.
Чтобы объяснить масштабы извержений, Касбом провел параллель с извержением вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в 2010 году.«Исландское извержение закрыло аэропорты в Европе на неделю, затронув 10 миллионов путешественников, и в течение следующего месяца были периодические перебои с авиалиниями», - сказала она. «А теперь представьте, что одно из этих исландских извержений происходит каждые 8 месяцев в течение 750 000 лет подряд, и это даст вам нашу прогнозируемую скорость извержения базальтов реки Колумбия».
Три студента сопровождали Касбома и Шоне в лаборатории и на местах, внося свой вклад в их исследования и выполняя собственные проекты: Джош Мюррей из выпуска 2018 года, Сэм Бартусек '20 и Кайл Даффи '19. «Проект включал в себя семь недель полевых работ, в течение многих дней температура превышала 100 градусов по Фаренгейту», - сказал Касбом. «Мы столкнулись с горсткой гремучих змей, многочисленными пауками, дружелюбными и услужливыми местными жителями, и нам удалось оставаться на шаг впереди лесных пожаров в этом регионе».
Они искали цирконы, крошечные минералы, содержащие следовые количества урана. Со временем естественный радиоактивный материал распадается на свинец, поэтому геологи могут использовать соотношение урана и свинца, чтобы точно рассчитать возраст циркона. К сожалению для геологов, потоки базальтовой лавы, такие как базальты разливов реки Колумбия, не имеют нужного химического состава для образования цирконов, поэтому до сих пор геологам приходилось довольствоваться датами с неопределенностью более миллиона лет, полученными с помощью других методов датирования.
"Для проверки причинно-следственной связи между климатом и извержениями миллиона лет недостаточно", - сказал Шон.
Исследователи решили проблему отсутствия цирконов в лавовых породах, изучив слои вулканического пепла между слоями базальта. Пепел исходил от близлежащих вулканов Каскад (включая гору Сент-Хеленс), которые действительно содержат циркон и извергались примерно в то же время, что и массивные лавы.
В своей лаборатории в Принстоне Касбом и Шене выделили цирконы размером 0,1 мм из пород возрастом 16 миллионов лет, измерили изотопные соотношения урана и свинца и определили возраст отдельных потоков лавы с точностью до несколько десятков тысяч лет.«Эта точность - это, по сути, лучшее, что вы можете сделать с любым хронометром для образцов этого возраста - хотя 10 000 лет - это много, поэтому наш метод - золотой стандарт», - сказала она.
«Это самая важная статья о базальтах, разливаемых рекой Колумбия, из опубликованных за последнее или два десятилетия», - сказал Стивен Рейдел, профессор геологии в Вашингтонском государственном университете в Три-Ситис, изучавший эти лавовые потоки с 1972 г. и способствовали анализу этого исследования. «Дженн и Блэр заслуживают много комплиментов за то, что додумались посмотреть на цирконы в слоях пепла между потоками… Конечно, теперь нам придется вернуться и пересчитать все, что использовало старую временную шкалу или извержение. ставка. Это нормально - это часть веселья."
С их более точной временной шкалой Касбом и Шене теперь показали, что доисторическое изменение климата действительно началось очень близко по времени к началу извержений, но необходима дальнейшая работа, чтобы определить связь между ними.
Это событие изменения климата, произошедшее 16 миллионов лет назад, является последним случаем, когда концентрация углекислого газа в атмосфере превышала 400 частей на миллион - до последнего десятилетия.
«MMCO может быть параллельным нашему нынешнему климату, и дальнейшая работа по изучению времени и продолжительности этого события расскажет нам больше о том, как мы можем ожидать, что Земля оправится от антропогенного изменения климата», - сказал Касбом. Например, если климат оставался теплым в течение миллиона лет после того, как прекратились извержения вулканов, что сейчас представляется возможным, это могло бы иметь серьезные последствия для прогнозирования того, как долго атмосфера будет реагировать на глобальное потепление, вызванное деятельностью человека.
«Время имеет значение, - сказал Касбом, - независимо от того, пытаемся ли мы узнать о прошлом Земли или о ее будущем. Использование крошечных минералов, чтобы рассказать историю этих объемистых горных пород, дает большие возможности».