Задовго до заледеніння Антарктиди частини континенту могли піднятися до гір у масштабі Гімалаїв. Звісно, вершини вже давно позаду, але їхнє коріння, кажуть геологи, все ще може бути поховане під кілометрами льоду.
Нове дослідження в журн Наукові листи про Землю та планету використовує кристали циркону, вимиті з Антарктиди, щоб відтворити цей нині вимерлий ландшафт. Більше того, дослідники припускають, що цей величезний гірський ланцюг, який утворився як суперконтинент Гондвана приблизно 650-450 мільйонів років тому, зробив більше, ніж просто зрушив континенти. Його ерозія могла запліднити океани, поховавши велику кількість насичених вуглецем відкладень і підготувавши основу для кембрійського вибуху, коли різноманітні види тварин увірвалися на сцену еволюції приблизно 530 мільйонів років тому.
Маленькі кристали із загубленого гірського світу
Понад 99,5 відсотка Антарктиди приховано під льодом, що дуже ускладнює дослідження стародавніх порід. Бей Чен і Ієн Кемпбелл з Австралійського національного університету натомість звернулися до уламкових цирконів – надзвичайно стабільних кристалів, які розмиваються з гірських порід і переносяться в осадові породи по всьому континенту.
Вони проаналізували 1712 зерен і зіставили їх з тисячами доісторичних антарктичних цирконів. Потім вони зібрали ці дані в глобальну базу даних, зваживши зразки за регіоном, який вони представляють. Колекція з 8995 предметів дала дивовижний сигнал: циркони, датовані 650-450 мільйонами років тому, коли накопичувалася Гондвана, утворили найбільшу вершину, пов’язану з суперконтинентом в історії.
У особливо важливий період від 540 мільйонів до 510 мільйонів років тому 46 відсотків уламкових цирконів у базі даних походять з Антарктиди та південно-східної Австралії. Більше того, у цирконах мало лютецію, хімічних відбитків, які утворюються під екстремальним тиском під дуже високими горами.
Кемпбелл і геолог Цзи Чжу сказали Big Think у 2022 році: «Циркони можуть виникати за будь-якого тиску, але циркони з низьким вмістом лютецію утворюються лише за високого тиску в коренях високих гір».
Дослідження гірських порід 2022 року визначило Гондвану та дуже старий суперконтинент Нуна як два головних гірських епізоду в історії Землі. В обох випадках дослідники виявили незвичайну кількість кристалів циркону, які утворилися під екстремальним тиском у дуже високих горах.
Нове дослідження робить епізод Гондвани набагато масштабнішим і складнішим. Це був не просто безперервний ланцюг вершин, що простяглися через суперконтинент. Кілька зіткнень континентів у різних місцях і в різні часи створили Гімалайський гірський пояс. Разом основні зони зіткнення простягнулися приблизно на 20 000 км, що більш ніж вдвічі перевищує довжину сучасної гірської системи Гімалаїв.
Дослідники вважають, що принаймні два регіони могли бути схожими за масштабом на сучасне Гімалайсько-Тибетське плато: один уздовж Східноафриканського Орогену, де зіткнулися Африка, Індія та суміжні континентальні блоки, а інший на території сучасної Антарктиди. Самі гори давно зникли. Те, що може залишитися під антарктичним льодом, — це їхнє глибоке геологічне коріння — гірські породи, які стиснулися та трансформувалися під величезним тиском, який утворився під високими хребтами.
Як гори можуть змінити атмосферу
Хоча здається, що вони були завжди, гори не стоять на місці. Дощ, лід і річки руйнують їх і несуть фосфор, залізо та інші поживні речовини в море. Автори стверджують, що ерозія Гондванського хребта живить великих любителів підводних відкладень, включаючи систему, яка простягається від Східної Антарктиди до південно-східної Австралії.
Ці поживні речовини можуть стимулювати водорості та ціанобактерії, збільшуючи фотосинтез і виробництво їжі. Але виробництво кисню — це лише половина рівняння. Коли мертві організми та інші органічні речовини розкладаються, вони знову споживають кисень і перешкоджають його накопиченню в атмосфері.
Головне, кажуть дослідники, полягало в тому, щоб швидко поховати органічну речовину. Якби багатий вуглецем матеріал був похований глибоко в осадах і захоплений до того, як він повністю розклався, споживалося б менше кисню. Через мільйони років це може дозволити більше кисню залишитися в океанах і атмосфері.
Саме тут можуть з’явитися великі шанувальники осаду. Коли гори Гондвана розмивалися, річки та підводні течії швидко переносили мул і багатий вуглецем пірит у глибокі басейни, ховаючи більшу частину цього матеріалу, перш ніж він міг прореагувати з киснем. Дослідники підрахували, що ця величезна система «супервентилятора» містила понад 3,6 × 10 ^ 20 кілограмів осаду. Беручи до уваги можливий склад вуглецю та сірки, вони підрахували, що це поховання могло споживати приблизно 2,2 × 10 ^ 19 кг кисню – приблизно у 18 разів більше, ніж кількість кисню в сучасній атмосфері, поширеній по всьому гірському масиву.
Це число здається дивним, але це не означає, що на Землі ніколи не було в 18 разів більше кисню. Кисень безперервно вироблявся та виділявся через хімічні реакції, вулканічні гази, а пізніше дихання.
Зі свого боку, Чен і Кемпбелл підкреслюють, що їх оцінка кисню є дуже невизначеною. Його мета полягає не в реконструкції точних рівнів стародавнього кисню, а в тому, щоб показати, що масштаби поховання вуглецю та сірки були достатньо великими, щоб запропонований ними механізм був правдоподібним.
Тектонічна фаза, а не димляча зброя
Ця ідея узгоджується з більш широкими зусиллями пов’язати збірку Гондвани з надзвичайними біологічними змінами навколо едіакарсько-кембрійського переходу. Окремий Досягнення науки Дослідження, опубліковане цього місяця, використало ізотопні дані з понад 25 000 вивержених порід, щоб довести, що «Велика Гондвана» охоплює близько 80 відсотків континентальної суші Землі. Його автори запропонували інший тектонічний шлях для величезних біологічних змін стародавньої Землі: майже глобальну вулканічну дугу, яка, можливо, вивільнила парникові гази та допомогла перемістити Землю з льодовикових умов у парникові.
Механізми не виключають один одного. Один наголошує на ерозії, поживних речовинах і похованні вуглецю; інша підкреслює вулканізм і клімат. Але ніхто з них точно не знає, чому так швидко зросла різноманітність тварин.
Дійсно, великий огляд історії оксигенації Землі показав, що зв’язок між збільшенням оксигенації та складним життям залишається невирішеним; кисень може створювати нові екосистеми, але біологічні інновації також можуть змінити цикл кисню. Антарктичні дослідження мають власну лазівку: геохімічні дані вказують на зміну оксигенації приблизно за 800 мільйонів років до того, як запропонований гірський двигун досяг повної потужності.
