科罗拉多州古代岩石中发现的“缺失环节”表明雪球地球确实发生过

地质学家在数亿年前落基山脉中被称为塔瓦的神秘砂岩的形成方式中找到了证据。

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大约七亿年前，地球冷却得如此之快，以至于科学家们相信巨大的冰盖像一个巨大的雪球一样包裹着整个地球。这种全球深度冻结，被称为雪球地球，持续了数千万年。

然而，奇迹般的是，早期生命不仅得以延续，而且蓬勃发展。当冰融化、地面解冻时，复杂的多细胞生命出现，最终形成了我们今天所认识的生命形式。

雪球地球假说主要基于来自曾经沿着海岸线和浅海地区暴露的沉积岩的证据，以及气候模型。迄今为止，科学家们一直没有找到冰盖覆盖温暖的赤道地区大陆内部的物理证据。

在《美国国家科学院院刊》上发表的新研究中，我们的地质学家团队描述了这个缺失的环节，该环节是在形成科罗拉多派克峰的花岗岩中封装的不寻常的卵石砂岩中发现的。

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解开山上的雪球地球之谜

派克峰最初被乌特人命名为 Tavá Kaa-vi，这些著名的岩石也以其祖先的名字“Tava”而得名。它们由固化的砂注射物组成，其形成方式与医疗注射物类似，是当富含砂子的流体被压入下伏岩石时形成的。

对于形成这些神秘砂岩的一个可能的解释是，雪球地球冰盖的巨大压力迫使与融水混合的沉积物进入下面的脆弱岩石中。

然而，检验这一想法的一个障碍是，缺乏岩石的年龄来揭示何时存在适合注砂的地质环境。

我们找到了一种方法来解开这个谜团，利用在派克峰附近和科罗拉多州其他地方的塔瓦注射矿旁边发现的铁矿脉。

铁矿物含有非常少量的天然放射性元素，包括铀，它会以已知的速率缓慢衰变成元素铅。 基于激光的放射性测年技术的最新进展使我们能够测量氧化铁矿物赤铁矿中铀与铅同位素的比率，以揭示单个晶体形成的时间。

铁矿脉似乎是在沙子注入科罗拉多基岩之前和之后形成的：我们发现了赤铁矿和石英矿脉，它们都穿过塔瓦岩脉并被塔瓦岩脉横切。这使我们能够确定沙注入物的年龄范围，它一定形成于 6.9 亿至 6.6 亿年前。

那么，发生了什么？

时间框架意味着这些砂岩形成于成冰期，距今 7.2 亿年至 6.35 亿年前。这个名字源自古希腊语中的“寒冷诞生”，是气候剧变和地球生命破坏的代名词——包括雪球地球。

虽然当时极端寒冷的触发因素存在争议，但流行的理论涉及板块活动的变化，包括将颗粒释放到大气中，将太阳光反射离开地球。最终，火山喷出的二氧化碳积聚可能再次使地球变暖。

在派克峰发现的塔瓦河可能是在靠近赤道的古代大陆劳伦西亚的中心形成的，随着时间的推移和漫长的构造周期，该大陆逐渐移动到今天北美的偏北位置。

塔瓦岩石的起源已经争论了超过 125 年，但新技术使我们首次能够最终将它们与低温纪雪球地球时期联系起来。

我们设想的注砂过程是这样的：

底部有地热加热区域的巨大冰盖产生融水，与下方富含石英的沉积物混合。冰盖的重量产生了巨大的压力，迫使这些沙质液体进入数百万年来已经削弱的基岩中。与今天天然气或石油的水力压裂类似，压力使岩石破裂并将沙质融水推入，最终形成我们今天看到的注入岩。

另一个地质难题的线索

这些新发现不仅进一步巩固了全球雪球地球假说，而且曾经被冰盖覆盖的脆弱破碎岩石中塔瓦注入物的存在也为其他地质现象提供了线索。

今天，在美国各地都可以看到因侵蚀和称为不整合面而形成的岩石记录中的时间间隙，最著名的是大峡谷，那里的某些地方缺失了超过十亿年的时间。当持续的侵蚀消除并阻止新的岩石层形成，留下不整合接触面时，就会出现不整合面。

我们的研究结果表明，派克峰附近的大不整合面一定是在低温雪球地球之前形成的。这与将大不整合面的形成归因于雪球地球冰盖本身大规模侵蚀的假设相矛盾。

我们希望科罗拉多州这些难以捉摸的成冰期岩石的秘密将有助于发现雪球地球的更多陆地记录。这些发现有助于更清晰地了解极端气候期间我们的星球以及导致我们今天生活的宜居星球的过程。

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