Trái đất đang thiếu một phần vỏ của nó, và bây giờ các nhà khoa học có một hướng dẫn mới về điều đáng trách: Rất nhiều sông băng.
Gần 720 triệu năm trước, Trái đất bị bao phủ trong băng toàn cầu, một kỷ nguyên được gọi là Trái đất tuyết. Các nhà nghiên cứu báo cáo ngày 31 tháng 12, ở đó, các mảng kiến tạo đã nghiền nát nó trở lại lớp giữa nóng của lớp đất, lớp phủ, tái chế nó vào đá mới.
Nếu các nhà khoa học nói đúng, Snowball Earth giải thích một đặc điểm rất kỳ lạ của địa chất có tên là Sự không phù hợp lớn. Nhìn thấy trên khắp thế giới, sự không phù hợp này đề cập đến một lớp nơi đá trầm tích đã được lắng đọng ngay trên đỉnh tầng hầm lâu đời nhất của lớp vỏ. Thật kỳ lạ, hàng trăm triệu năm của các lớp trầm tích bị thiếu giữa tầng hầm dữ dội hoặc biến chất này và các đá trầm tích được bảo tồn lâu đời nhất. Trong Grand Canyon, chẳng hạn, một tảng đá 1,2 tỷ năm không thể tin được chỉ đơn giản là mất tích.
Khoáng sản bí ẩn
C. Brenhin Keller, một nhà đồng bộ địa lý tại Đại học California, Berkeley, đã không cố gắng giải thích sự không phù hợp lớn khi ông đưa ra nghiên cứu về zircons, khoáng chất rất cứng và cứng để chúng tồn tại lâu hơn bất kỳ phần nào khác của lớp vỏ trên trái đất. Các vòng tròn lâu đời nhất là 4,4 tỷ năm tuổi, chỉ trẻ hơn hành tinh 165 triệu năm.
Bởi vì các zona có thể tồn tại gần như bất cứ thứ gì, chúng giữ các bản ghi về lớp vỏ Trái đất ngay cả khi chúng bị tan chảy, phối lại và tái chế trong lớp phủ để tạo thành đá mới. Keller và nhóm của ông đã thu thập dữ liệu về khoảng 34.000 zircons, tập trung vào các giá trị của các đồng vị cụ thể, hoặc các biến thể phân tử, được gọi là hafnium-176 và hafnium-177.
Hafnium-176 là một đồng vị của nguyên tố kim loại bạc hafnium hình thành trong quá trình phân rã phóng xạ của lutetium, một nguyên tố bạc khác. Lutetium có xu hướng ở lại trong lớp phủ, thay vì kết hợp với magma và bắn vào lớp vỏ thông qua các vụ phun trào núi lửa, Keller nói với Live Science. Kết quả là, lớp phủ đặc biệt giàu lutetium, và do đó nó cũng giàu hafnium-176 hình thành dưới dạng phân rã lutetium. Lớp vỏ, so sánh, giàu hơn ở một đồng vị khác của hafnium, hafnium-177. Vì lý do đó, tỷ lệ hafnium-176 so với hafnium-177 trong zircon có thể cho các nhà nghiên cứu biết rằng zircon hình thành từ magma có nguồn gốc từ lớp phủ - hay từ magma được tái chế từ sự tan chảy của lớp vỏ cũ.
Vỏ tái chế
Điều khiến Keller và các đồng nghiệp ngạc nhiên, các tỷ lệ trong zircon tiết lộ rằng một lượng lớn lớp vỏ cũ đã được tái chế và làm lại để tạo ra các hình tròn mới, và tất cả cùng một lúc. Đó là "thực sự kịch tính", Keller nói.
"Nếu bạn muốn làm điều này ở quy mô toàn cầu, bạn cần phải có được nhiều lớp vỏ nóng và làm tan chảy nó thành magma mới," ông nói.
Để làm điều đó một cách nhanh chóng, rất nhiều lớp vỏ sẽ phải tan chảy nhanh chóng ở lớp vỏ dưới, Keller nói, hoặc nó sẽ phải bị đẩy xuống lớp phủ dưới đáy biển trong một quá trình gọi là hút chìm. May mắn thay, du hành trong nước để lại một dấu vân tay phân tử cụ thể trên các phân tử oxy trong vòng tròn, vì vậy Keller và nhóm của ông có thể kiểm tra xem liệu các zona (và những tảng đá từng lưu trữ chúng) đã thực hiện một chuyến đi bằng nước. Hóa ra họ đã có.
Một câu chuyện đang nổi lên: Một lượng lớn lớp vỏ, đột nhiên được chuyển đến các khu vực hút chìm đại dương để bị nghiền nát trở lại vào lớp phủ. Nhưng nếu tất cả lớp vỏ đó di chuyển vào đại dương, có lẽ ai đó đã nhận thấy sự xói mòn, Keller nói.
"Và thực sự chúng ta có - trong sự không phù hợp lớn", ông nói.
Xóa sạch
Keller thừa nhận rằng đây là một yêu cầu đặc biệt và sẽ yêu cầu bằng chứng phi thường. Ông và các đồng nghiệp đã tiến một bước để cung cấp một số bằng chứng đó bằng cách xem xét một dòng nghiên cứu khác, về các miệng hố va chạm. Khoảng 700 triệu năm trước, họ phát hiện ra, các miệng hố va chạm của Trái đất đã bị xóa sạch. Chỉ có hai hố khổng lồ, lưu vực Sudbury ở Canada và miệng núi lửa Vredefort ở Nam Phi, có trước Snowball Trái đất - và những hố là mênh to lớn, ban đầu đo 93 dặm (150 km) và 185 dặm (300 km) trên, tương ứng. Chúng đã bị xói mòn đến một phần kích thước ban đầu của chúng.
Keller và nhóm của anh ta nghĩ rằng các sông băng của Snowball Earth đã quét sạch tất cả các miệng hố va chạm khác, cạo một chút khỏi đỉnh Sudbury và Vredefort. Theo tính toán của họ, trung bình khoảng từ 1.8 đến 3 dặm dọc (3 và 5 km) của lớp vỏ được cạo đi bởi những tảng băng của Snowball Trái đất hơn 64 triệu năm. Ở một số điểm, Keller nói, sự mất mát lớn hơn và ở những nơi khác, không có lớp vỏ nào bị mất cả.
Băng sẽ chỉ phải cạo trung bình 0,002 inch (0,0625 mm) bụi bẩn và đá ra khỏi lớp vỏ mỗi năm để hoàn thành kỳ tích này, Keller nói. Đó là một làn gió ngay cả đối với các sông băng thời hiện đại, ông nói. Ngày nay, tốc độ xói mòn đối với các dải băng lục địa dao động từ 0,004 đến 0,19 inch (0,1 đến 4,8 mm), với các sông băng dốc đứng di chuyển gần 4 inch (100 mm) đá và bụi bẩn hàng năm.
Các nhà khoa học đã coi sông băng là nguyên nhân có thể gây ra sự không phù hợp lớn trước đây, nhưng ý tưởng này đã bị bỏ rơi phần lớn, Keller nói. Một bài báo năm 1973 về ý tưởng của nhà địa chất học Đại học Bắc Carolina William White đã thất bại trong việc thu thập một trích dẫn của các nhà nghiên cứu khác. Các lý thuyết khác bao gồm điều không thể (thủy triều khổng lồ quét sạch vùng đất, nhưng sẽ đòi hỏi mặt trăng hình thành muộn hơn hàng tỷ năm so với thực tế) và hợp lý hơn (sự nâng cao và phong hóa tiếp theo của siêu lục địa khổng lồ).
Có thể là cả nâng và sông băng đóng vai trò trong việc dọn sạch hàng km vỏ trái đất, Keller nói. Vào năm 2013, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những tảng đá trong kỷ nguyên Trái đất tuyết đã thu giữ và lưu giữ carbon dioxide từ khí quyển, có lẽ vì thời tiết khắc nghiệt đã khiến những tảng đá trở nên đặc biệt xốp. Việc thu giữ carbon dioxide này có thể đã kích hoạt làm mát toàn cầu, mặt trái của sự nóng lên toàn cầu xảy ra trong thời hiện đại do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Việc làm mát có thể dẫn đến khí hậu băng giá toàn cầu, và các dòng sông băng sau đó có thể đã đẩy nhanh sự xói mòn hơn nữa.
Keller và nhóm của ông đang làm việc để có được tài trợ để kiểm tra các tảng đá tầng hầm sâu dưới sự không phù hợp lớn để tìm ra khi chúng được nâng lên bề mặt. Làm sáng tỏ thời gian của sự nâng cấp và băng hà, ông nói, có thể giúp làm rõ những gì đã kích hoạt Trái đất Snowball - và cuối cùng chịu trách nhiệm cho lớp vỏ biến mất của Trái đất.
Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này được cập nhật để chỉ ra mặt trăng sẽ cần hình thành "sau" chứ không phải "sớm hơn" như đã nêu, để hỗ trợ một lý thuyết thủy triều khổng lồ để giải thích các lớp bị thiếu.
