Penelitian Baru Memperkuat Hubungan Antara Gletser dan “Ketidakselarasan Besar” yang Membingungkan di Bumi

Para peneliti menggunakan data termokronometrik dari empat lokasi di Amerika Utara untuk menentukan penyebab “Ketidakselarasan Besar”—kehilangan batu besar-besaran sekitar 700 juta tahun yang lalu. Kredit: Gambar oleh Kalin McDannell

Aksi es tampaknya bertanggung jawab atas erosi batu purba di seluruh planet ini.

Penelitian baru memberikan bukti lebih lanjut bahwa batuan yang mewakili hingga satu miliar tahun waktu geologis diukir oleh gletser kuno selama periode “Bumi Bola Salju”, menurut sebuah penelitian yang diterbitkan di Prosiding National Academy of Sciences.

Penelitian ini menyajikan temuan terbaru dalam perdebatan tentang apa yang menyebabkan “Ketidakselarasan Besar” Bumi—sebuah kesenjangan waktu dalam catatan geologis yang terkait dengan erosi batuan setebal 3 mil di area di seluruh dunia.

“Fakta bahwa begitu banyak tempat yang kehilangan batuan sedimen dari periode waktu ini telah menjadi salah satu fitur yang paling membingungkan dari catatan batuan,” kata C. Brenhin Keller, asisten profesor ilmu bumi dan peneliti senior dalam studi tersebut. “Dengan hasil ini, polanya mulai lebih masuk akal.”

Sejumlah besar batu yang hilang yang kemudian dikenal sebagai Great Unconformity pertama kali disebutkan di Grand Canyon pada akhir 1800-an. Fitur geologis yang mencolok terlihat di mana lapisan batuan dari periode waktu yang jauh diapit bersama, dan sering diidentifikasi di mana batuan dengan fosil berada tepat di atas yang tidak mengandung fosil.

Di Ladder Canyon Colorado, bebatuan yang berbeda usianya sekitar satu miliar tahun duduk bersama melintasi Great Unconformity. Kredit: C. Brenhin Keller

“Ini adalah waktu yang menarik dalam sejarah Bumi,” kata Kalin McDannell, seorang peneliti postdoctoral di Dartmouth dan penulis utama makalah tersebut. “Ketidakselarasan Besar mengatur panggung untuk ledakan kehidupan Kambrium, yang selalu membingungkan karena begitu mendadak dalam catatan fosil—proses geologis dan evolusi biasanya bertahap.”

Selama lebih dari satu abad, para peneliti telah berusaha menjelaskan penyebab hilangnya waktu geologis.

Dalam lima tahun terakhir, dua teori yang berlawanan telah menjadi fokus: Satu menjelaskan bahwa batu itu diukir oleh gletser kuno selama periode Bumi Bola Salju sekitar 700 hingga 635 juta tahun yang lalu. Yang lain berfokus pada serangkaian peristiwa tektonik lempeng selama periode yang lebih lama selama perakitan dan pecahnya superbenua Rodinia dari sekitar 1 miliar hingga 550 juta tahun yang lalu.

Penelitian yang dipimpin oleh Keller pada tahun 2019 pertama kali mengusulkan bahwa erosi yang meluas oleh lapisan es benua selama interval glasial Cryogenian menyebabkan hilangnya batuan. Ini didasarkan pada proksi geokimia yang menunjukkan bahwa sejumlah besar erosi massal cocok dengan periode Bumi Bola Salju.

“Penelitian baru memverifikasi dan memajukan temuan dalam studi sebelumnya,” kata Keller. “Di sini kami memberikan bukti independen tentang pendinginan batuan dan penggalian bermil-mil pada periode Cryogenian di sebagian besar wilayah Amerika Utara.”

Studi ini bergantung pada interpretasi rinci termokronologi untuk membuat penilaian.

C. Brenhin Keller, asisten profesor ilmu bumi, kiri, dan Kalin McDannell, peneliti pascadoktoral dalam ilmu bumi. Kredit: Eli Burakian/Dartmouth College

Termokronologi memungkinkan peneliti untuk memperkirakan suhu yang dialami kristal mineral dari waktu ke waktu serta posisinya di kerak benua dengan struktur termal tertentu. Sejarah tersebut dapat memberikan bukti kapan batuan yang hilang telah dihilangkan dan ketika batuan yang saat ini tersingkap di permukaan mungkin telah digali.

Para peneliti menggunakan beberapa pengukuran dari data termokronometrik yang diterbitkan sebelumnya yang diambil di empat lokasi Amerika Utara. Daerah, yang dikenal sebagai kraton, adalah bagian dari benua yang secara kimia dan fisik stabil, dan di mana aktivitas tektonik lempeng tidak akan umum selama waktu itu.

Dengan menjalankan simulasi yang mencari jalur waktu-suhu yang dialami batuan, penelitian tersebut mencatat sinyal luas dari pendinginan volume tinggi yang cepat yang konsisten dengan sekitar 2-3 mil erosi selama glasiasi Bumi Bola Salju di bagian dalam Amerika Utara.

“Sementara penelitian lain menggunakan termokronologi untuk mempertanyakan asal mula glasial, fenomena global seperti Great Unconformity membutuhkan penilaian global,” kata McDannell. “Glasiasi adalah penjelasan paling sederhana untuk erosi di area yang luas selama periode Bumi Bola Salju karena lapisan es diyakini menutupi sebagian besar Amerika Utara pada waktu itu dan bisa menjadi penggali batu yang efisien.”

Menurut tim peneliti, teori bersaing bahwa aktivitas tektonik mengukir batu yang hilang diajukan pada tahun 2020 ketika sebuah kelompok penelitian terpisah mempertanyakan apakah gletser purba cukup erosif untuk menyebabkan hilangnya batu secara besar-besaran. Sementara penelitian itu juga menggunakan termokronologi, itu menerapkan teknik alternatif hanya pada satu lokasi tektonik aktif dan menyarankan bahwa erosi terjadi sebelum Bumi Bola Salju.

“Konsep yang mendasarinya cukup sederhana: Sesuatu menghilangkan banyak batu, menghasilkan banyak waktu yang hilang,” kata Keller. “Penelitian kami menunjukkan bahwa hanya erosi glasial yang bertanggung jawab pada skala ini.”

Menurut para peneliti, temuan baru ini juga membantu menjelaskan hubungan antara erosi batu dan munculnya organisme kompleks sekitar 530 juta tahun yang lalu selama ledakan Kambrium. Diyakini bahwa erosi selama periode Bumi Bola Salju menyimpan sedimen kaya nutrisi di lautan yang dapat menyediakan lingkungan yang subur untuk fondasi kehidupan yang kompleks.

Studi ini mencatat bahwa dua hipotesis tentang bagaimana batuan terkikis tidak saling eksklusif — ada kemungkinan bahwa tektonik dan glasiasi berkontribusi pada gangguan sistem Bumi global selama pembentukan Great Unconformity. Namun, tampaknya hanya glasiasi yang dapat menjelaskan erosi di pusat benua, jauh dari tepi tektonik.

“Pada akhirnya sehubungan dengan Ketidakselarasan Besar, mungkin saja rekonstruksi yang diterima secara umum tidak seperti pengepakan khatulistiwa yang lebih terkonsentrasi dari benua Rodinian bersama dengan kondisi lingkungan Neoproterozoikum yang unik, terbukti menjadi waktu yang paling kebetulan geologis lainnya. dalam sejarah Bumi,” kata makalah penelitian itu.

Menurut tim, ini adalah penelitian pertama yang menggunakan pendekatan pemodelan termokronologi mereka untuk mempelajari periode yang melampaui satu miliar tahun. Di masa depan, tim akan mengulangi pekerjaan mereka di benua lain, di mana mereka berharap untuk menguji lebih lanjut hipotesis ini tentang bagaimana Great Unconformity diciptakan dan dilestarikan.

Menurut tim, menyelesaikan perbedaan dalam penelitian sangat penting untuk memahami sejarah awal Bumi dan interkoneksi proses iklim, tektonik dan biogeokimia.

“Fakta bahwa mungkin ada erosi tektonik di sepanjang tepi kraton tidak mengesampingkan glasiasi,” kata McDannell. “Ketidaksesuaian adalah fitur komposit, dan pekerjaan kami menunjukkan bahwa erosi Cryogenian adalah kontributor utama, tetapi ada kemungkinan bahwa erosi sebelumnya dan kemudian terlibat dalam membentuk permukaan ketidakselarasan di tempat yang berbeda. Pemeriksaan global akan memberi tahu kami lebih banyak.”

Referensi: “Kendala termokronologis tentang asal mula Great Unconformity,” 25 Januari 2022, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2118682119

William Guenthner, dari Universitas Illinois di Urbana-Champaign; Peter Zeitler dari Universitas Lehigh; dan David Shuster dari Universitas California, Berkeley dan Pusat Geokronologi Berkeley menjabat sebagai rekan penulis makalah ini.