Разрыв в породах длиной от 200 млн до более чем 1 млрд лет мог появиться не только из-за древних ледников, но и из-за медленных потоков в мантии Земли. Исследователи связали Великое несогласие с многосотмиллионным подъёмом и последующим опусканием континентов — хороший пример того, как моделирование систем с огромной задержкой помогает распутывать данные, которые на первый взгляд выглядят как ошибка в архиве.
О работе сообщает Ars Technica. Речь идёт о заметной границе в геологической летописи: кембрийские осадочные породы лежат прямо на гораздо более древнем кристаллическом основании. В Гранд-Каньоне эта граница особенно наглядна: снизу находятся древние метаморфические породы, сверху — песчаники, отложившиеся в эпоху кембрийского разнообразия жизни. Между ними местами отсутствует огромный кусок истории планеты.
Авторы исследования в Nature — геолог Николас Фламент из Университета Вуллонгонга и Сантош Дхунгана — проверили гипотезу о роли динамической топографии. Так называют изменения высоты поверхности, которые возникают из-за конвекции в мантии: горячее вещество медленно поднимается, холодное опускается. Мантия остаётся твёрдой, но на геологических масштабах ведёт себя как крайне вязкая среда; путь породы от поверхности в глубины планеты может занимать около 200 млн лет.
Команда выполнила шесть моделей конвекции мантии за последний миллиард лет, используя реконструкции движения литосферных плит. Затем исследователи сопоставили зоны подъёма и опускания с участками, где следы древнего размыва сохранились до наших дней. Модели не выдают готовую «запись экрана» древней Земли: положение континентов по долготе известно хуже, чем по широте, а исчезнувшее океаническое дно пришлось восстанавливать расчётно. Но общий сценарий повторился в большинстве прогонов.
Поднять континент недостаточно
Древнее ядро Северной Америки, Лаврентия, по расчётам долго находилось над восходящими потоками мантии. Примерно между 930 и 510 млн лет назад у его краёв почти не было зон субдукции — ситуации, когда одна плита уходит под другую. В пяти из шести моделей Лаврентия сначала долго поднималась, а в кембрии начала опускаться. Похожий, хотя и менее устойчивый сигнал исследователи получили для Северной Европы и Северного Китая.
Сам подъём не способен объяснить весь эффект. Он меняет наклон огромного участка суши, но не создаёт достаточно крутых склонов, чтобы быстро снести колоссальные объёмы пород. Недостающим механизмом авторы считают оледенение. Между 720 и 635 млн лет назад ледники достигали тропиков; часть исследователей описывает этот период как эпизод почти полного замерзания планеты, Snowball Earth. Ледяные щиты эффективно шлифуют поверхность: по оценке Фламента, они примерно в десять раз сильнее рек разрушают горные породы.
В этой модели медленный подъём подготовил континент к размыву, а ледники сработали как грубый абразив. Когда в кембрии суша стала опускаться, море залило эродированную поверхность и законсервировало её новыми осадками. Получилась резкая граница, которую геологи видят сегодня. Такой подход также объясняет, почему Великое несогласие хорошо читается в Северной Америке, но не выглядит одинаково убедительно на всех континентах.
Например, Южная Америка и Австралия, согласно моделям, пережили не один, а два цикла подъёма и опускания. Это могло создать несколько менее заметных несогласий вместо одного крупного. Африка в тот период была окружена горными поясами: эрозию и перенос осадков там сильнее определяли горы, чем процессы глубоко под корой. Простая версия «всю планету стёр один глобальный ледник» поэтому плохо совпадает с наблюдаемой картиной.
Почему это интересно не только геологам
Исследование не утверждает, что мантия запустила кембрийский взрыв в одиночку. Авторы осторожнее: интенсивный размыв мог вынести в океаны больше минералов и повлиять на химию морской воды как раз перед бурным распространением животных со скелетами и раковинами. Но между совпадением во времени и доказанной причинностью здесь по-прежнему большая дистанция.
Для инженеров и специалистов по данным это почти учебный кейс по работе со сложными системами. Исчезнувшие данные не всегда означают, что процесса не было: след мог быть уничтожен, спрятан под более поздними слоями или размыт несколькими независимыми циклами. Авторы ищут объяснение не в одной эффектной причине, а в пересечении трёх факторов — движения мантии, ледниковой эрозии и сохранности пород. Именно такое сочетание, по их версии, сделало Великое несогласие редким.
Следующий вопрос — были ли у этого события более древние аналоги. Фламент допускает, что кандидат может относиться к оледенению около 2,4 млрд лет назад, однако такие старые породы намного труднее датировать: в них меньше ископаемых маркеров. Новая модель не закрывает спор о происхождении Великого несогласия, но задаёт проверяемую рамку: искать нужно не только следы льда на поверхности, а и долгие движения планеты под континентами. Подробнее о работе и публикации в Nature — в материале .
