Химические признаки сланца, самой распространенной осадочной породы на Земле, указывают на быстрое поднятие суши над океаном 2,4 миллиарда лет назад, что, возможно, вызвало драматические изменения климата и жизни.
В исследовании, опубликованном в выпуске журнала Nature от 24 мая, исследователи сообщают, что сланцы, отобранные по всему миру, содержат архивные качественные доказательства почти незаметных следов дождевой воды, вызвавшей выветривание земли возрастом 3,5 миллиарда лет. назад.
Заметные изменения в соотношениях кислорода 17 и 18 с более распространенным кислородом 16, сказал ведущий автор Илья Биндеман, геолог из Орегонского университета, позволили исследователям прочитать химическую историю горных пород.
При этом они установили, когда вновь всплывшая земная кора подвергалась выветриванию в результате химических и физических процессов, и, шире, когда начался современный гидрологический процесс дистилляции влаги при переносе над большими континентами.
Доказательства получены в результате анализа трех изотопов кислорода, особенно редкого, но стабильного кислорода 17, в 278 образцах сланца, взятых из обнажений и скважин на каждом континенте и охватывающих 3,7 миллиарда лет истории Земли. Анализы проводились в лаборатории стабильных изотопов Биндемана.
Основываясь на своем собственном предыдущем моделировании и других исследованиях, сказал Биндеман, общая площадь суши на планете 2,4 миллиарда лет назад, возможно, составляла около двух третей того, что наблюдается сегодня. Однако появление новой суши произошло резко, параллельно с масштабными изменениями в динамике мантии.
Изотопные изменения, зарегистрированные в образцах сланцев в то время, также совпадают с предполагаемым временем столкновений с сушей, которые сформировали первый суперконтинент Земли, Кенорленд, а также высокогорные хребты и плато.
«Корка должна быть толстой, чтобы торчать из воды», - сказал Биндеман. «Толщина зависит от ее количества, а также от терморегуляции и вязкости мантии. Когда Земля была горячей, а мантия была мягкой, большие высокие горы не могли поддерживаться. Наши данные показывают, что это изменилось экспоненциально 2,4 миллиарда лет назад., Более холодная мантия могла поддерживать большие участки суши над уровнем моря».
Температура на поверхности, когда новая земля вышла из моря, вероятно, была выше сегодняшней на несколько десятков градусов, сказал он.
Исследование обнаружило пошаговое изменение тройных изотопов кислорода в этот период времени. Это, по словам ученых, опровергает предыдущие аргументы в пользу постепенного или ступенчатого появления земли между 1,1 и 3,5 миллиардами лет назад. По словам Биндемана, 2,4 миллиарда лет назад недавно возникшая земля начала потреблять углекислый газ из атмосферы в результате химического выветривания.
Время также совпадает с переходом от архейского эона, когда простые прокариотические формы жизни, археи и бактерии, процветали в воде, к протерозойскому эону, когда появились эукариоты, такие как водоросли, растения и грибы.
«В этом исследовании мы рассмотрели, как выветривание происходило в течение 3,5 миллиардов лет», - сказал Биндеман. «Земля, поднимающаяся из воды, изменяет альбедо планеты. Изначально Земля была бы темно-синей с некоторыми белыми облаками, если смотреть из космоса. Ранние континенты добавили отражения. Сегодня у нас есть темные континенты из-за большого количества растительности».
Воздействие выветривания на новую землю, сказал он, возможно, вызвало сток парниковых газов, таких как углекислый газ, нарушив радиационный баланс Земли, что привело к серии ледниковых эпизодов между 2.4 миллиарда и 2,2 миллиарда лет назад. Это, по его словам, могло привести к Великому оксигенационному событию, когда атмосферные изменения принесли в воздух значительное количество свободного кислорода. Камни окислились и стали красными. Архейские породы серые.
В отсутствие земли, по его словам, солнечные фотоны взаимодействовали с водой и нагревали ее. Яркая поверхность, создаваемая появляющейся землей, будет отражать солнечный свет обратно в космос, создавая дополнительный момент радиационно-парникового баланса и изменяя климат..
«Мы предполагаем, что как только возникнут большие континенты, свет будет отражаться обратно в космос и инициировать безудержное оледенение», - сказал Биндеман. «Земля увидела бы свой первый снегопад».
Сланцы образуются в результате выветривания земной коры.
«Они многое говорят вам о воздействии воздуха, света и осадков», - сказал Биндеман. «В процессе образования сланца захватываются органические продукты, что в конечном итоге помогает генерировать нефть. Сланцы дают нам непрерывный отчет о выветривании».