Науковці, які вивчають давню вулканошенно-осадову послідовність у Південній Африці, зробили революційне відкриття, яке проливає нове світло на кліматичну історію Землі.
Дослідницька група Університетуту Орегон виявила найнижчі значення ізотопів кисню, коли-небудь зафіксовані в осадових породах, пов'язаних з вивітрюванням. Вчені думають, що знайшли доказ найдавнішого поверхневого зледеніння Землі. Якщо це так, ми будемо вимушені змінити наше уявлення про давні кліматичні та геологічні процеси на планеті.
Понгольська супергрупа, розташована на континентальній корі Каапвальського кратону, була відкладена в мілководному епейському морі в мезоархейську еру, приблизно 2,99-2,87 млрд років тому. Вона представляє собою одну з найбільш добре збережених і найменш порушених вулканогенно-осадових послідовностей того періоду. У геологічній формації знайдені сланці та діаміктити, які вказують на тодішні кліматичні умови. По них ми можемо відновити історію першої земної катастрофи.
Проаналізувавши дані ізотопного аналізу кисню в сланцях з групи Мозаан, дослідники помітили тенденцію поступового охолодження поверхневих середовищ, яка досягла кульмінації в льодовикових умовах близько 2,90 мільярдів років тому. Математична інверсія виміряних значень ізотопів кисню дозволила припустити наявність вод вивітрювання з надзвичайно низькими значеннями (близько -20 ‰), що свідчить про холодні кліматичні умови. Знахідки також вказують на приполярне розташування кратону Каапваль у той давній період.
Ідентифікація льодовикових відкладів у супергрупі Понгола - предмет дискусій серед науковців. У той час як деякі попередні дослідження припускали льодовикове походження мезоархейських діаміктитів, інші пропонували альтернативні теорії формування, на кшталт “потоки зв'язного уламкового матеріалу”.
Щоб вирішити ці невизначеності, дослідницька група застосувала потрійний ізотопний аналіз кисню - метод, який вивчає ізотопний склад поверхневих матеріалів і дає уявлення про широту і клімат.
Результати цього дослідження показали, що значення δ18O в сланцях і діаміктитах Понгольської супергрупи значно нижчі, ніж у будь-яких раніше проаналізованих силікопластичних відкладів. Ці дані переконливо свідчать про існування льодовикових умов під час відкладення понгольської супергрупи, що робить її найбільш ранньою льодивковою подією Землі.
Значення цього відкриття виходить за межі геологічних досліджень. Розуміння давніх кліматичних моделей Землі та факторів, що сприяли зледенінню, може дати цінну інформацію про довгострокову еволюцію клімату планети. Понгольська супергрупа з її добре збереженими відкладеннями і чіткими свідченнями зледеніння відкриває унікальне вікно в далеке минуле нашої планети.
Результати дослідження також підкреслюють виняткову збереженість Понгольської супергрупи, що робить її важливим об'єктом для вивчення архейської геології. Її статус як тектонічно найменш порушеної мезоархейської вулкано-осадової послідовності на Землі ще більше підвищує її наукову цінність. Вивчаючи цю геологічну пам'ятку, дослідники сподіваються отримати глибше розуміння ранніх геологічних процесів на Землі та умов, які формували нашу планету мільярди років тому.
На додаток до зразків, отриманих на території шахти Кліпвал, зразки сланцю також були відібрані з двох глибоких свердловин, PNG2 і PNG3, пробурених у 1988 році підрозділом AngloGold Exploration Division. Ці свердловини перетинали нижчі стратиграфічні одиниці групи Мозаан, включаючи формації Сінкені, Нтомбе і нижню частину Талу.
Попередні обмежені геохімічні дані з PNG2 були опубліковані Ossa et al. у 2018 році. Зразки сланців з PNG2 демонструють відносно постійні значення δ18O по всьому керну, в середньому 8,1 ± 0,9 ‰, тоді як значення δD в середньому становлять -74,8 ± 4,6 ‰, за винятком двох верхніх зразків, які варіюються між -119,9 і -100 ‰.
Керн свердловини PNG3, яка перетинала пласт Талу, продемонстрував світліші значення δ18O порівняно зі зразками сланців PNG2, в середньому 6,6 ± 0,6 ‰. Значення δD у зразках сланців PNG3 залишалися відносно постійними по всьому керну і становили в середньому -56,3 ± 7,2 ‰.
Комплексний відбір зразків і петрографічний аналіз, проведений на території шахти Кліпвал, а також керни глибоких свердловин дали цінну інформацію про склад та ізотопні характеристики сланців і діаміктитів. Ці результати сприяють нашому розумінню середовища відкладення групи Мозаан і процесів, які її сформували, зокрема, можливого льодовикового походження діаміктитів.
Щоб оцінити продукт вивітрювання, дослідники використовували розрахунки балансу маси, віднімаючи невивітрений силікокластичний детрит від об'ємного зразка. Вони отримали значення δ18O вод вивітрювання приблизно -18,9 ± 2,3 ‰ (об'ємний зразок) і -20,9 ± 4,8 ‰ (продукт вивітрювання), що нагадує значення, знайдені в сучасних полярних регіонах. Розраховані температури під час ізотопного закриття, коли відбулася остання рівновага між водами вивітрювання та осадом, оцінюються в 37-41 °C.
Враховуючи, що архейська морська вода могла мати нижчі значення δ18O, дослідники виконали додаткові розрахунки, припускаючи значення δ18O -5 ‰ для архейської морської води.
Аналіз також дозволив отримати рівняння лінії метеоритної води з вищими значеннями Δ'17O на нижчий δ18O у морській воді. Згідно з цим припущенням, значення δ18O у водах вивітрювання становили від -26 до -28 ‰ при температурі 6-8 °C.
Отримані дані підтверджують гіпотезу про те, що дельфкомська формація відкладалася в прохолодних кліматичних умовах з континентальним вивітрюванням за участю метеоритних вод з низьким вмістом δ18O.
Палеомагнітні дані вказують на те, що кратон Каапвааль, де розташовані досліджувані формації, знаходився в середніх і високих широтах під час відкладення Понгольської супергрупи. Охолодження може бути пов'язане з дрейфом кратону до полюсу. Або ж це може бути глобальним кліматичним явищем, хоча для перевірки гіпотези потрібні масштабні дослідження на різних блоках кори.
Стабілізація кратонів Сінгхбхум і Каапвааль близько 3,1 мільярда років тому і кратону Пілбара близько 2,9 мільярда років тому, ймовірно, відіграла певну роль у виникненні субаерального суходолу, посиленні континентального вивітрювання і зменшенні вмісту CO2 в атмосфері. Ці умови сприяли розвитку континентальних льодовиків. Приглушені сигнатури S-MIF, зареєстровані в шарах Понголи, також свідчать про окислення атмосфери і дестабілізацію парникового метану.
Автори дослідження роблять висновок про значні зміни навколишнього середовища протягом архейського періоду. Наявність континентальних льодовикових щитів може пояснити добре розвинену циклічність осадконакопичення, що спостерігається в Понгольській супергрупі, яка пов'язана з гляціо-евстатичними змінами рівня моря.
Майбутні дослідження будуть зосереджені на пошуку льодовикових відкладів в інших архейських зеленокам'яних сукцесіях, щоб розширити наше розуміння цього вирішального періоду в історії Землі.
Результати дослідженння можна прочитати тут
