Om du är en geokronolog - någon som studerar vår planets ålder och dess bergformationer - tillbringar du mycket tid runt zirkoner. De är hållbara kristaller som finns i en mängd olika stenar, och eftersom de bevarar viktiga data om det djupa förflutna, zirkoner kallas kärleksfullt för "tidskapslar". Nyligen, forskare använde zirkoner för att ta en spricka vid en av förhistoriens största gåtor.

För cirka 540 miljoner år sedan, Kambriumperioden började. En viktig tid för livet på jorden, den lämnade en mångfaldig fossilrekord bakom och markerade gryningen för vår nuvarande eon. På många ställen runt om i världen, som Grand Canyon, vi hittar kambriumhällor som ligger precis ovanpå steniga lager som är mellan 250 miljoner och 1,2 miljarder år äldre. Naturligtvis, det är ett ganska åldersskillnad. Kallade den stora avvikelsen, skillnaden mellan dessa två lager är ett pussel för forskare. Vad är historien där? Har plötsligt försvunnit miljoner år av rock?

En studie i december 2018 skulle ta reda på och hävdar att skorpan skars bort av glaciärer vid en tidpunkt då det mesta - eller hela - av världens yta var täckt med is. Den episka bulldozing -sessionen kan också ha skapat rätt förutsättningar för komplexa organismer, som våra egna förfäder, att blomstra. Pappret, "Neoproterozoic Glacial Origin of the Great Unconformity, "publicerades i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.

Crystal Gazing

University of California, Berkeley -geologen C. Brenhin Keller ledde studien. I ett mejl, han skriver att hans team använde sig av befintlig litteratur för att sammanställa en enorm mängd relevant information om geokemi och bergskikt. Keller säger att de data de samlade representerade "många tusen timmar av både fältarbete och analytisk tid, utförts av hundratals människor under många år. "

Zirkoner var huvudfokus. Vanligtvis, zirkonkristaller skapas när kiseldioxidrik magma svalnar. "Som alla naturliga system, magmas är rika bryggerier, full av andra element, "förklarar medförfattaren Jon Husson via e-post." Och några av dessa element kan ersätta [sig själva] med zirkons struktur. "

Till exempel, zirkoner innehåller ofta uran, som långsamt förfaller och omvandlas till bly. Så när forskare tittar på sammansättningen av uran/blyprover inuti ett zirkon, de kan ta reda på hur gammal kristallen är. Det är radiometrisk dejting när den är som bäst.

Nyfikna element

Keller och företag granskade data om 4,4 miljarder års värde av bevarade zirkonkristaller. De från tidiga kambriumska stenar hade ett par överraskningar i beredskap.

Jordskorpan sitter ovanpå ett lager som kallas manteln. En tjock buffertzon som huvudsakligen är gjord av massivt berg, manteln skiljer oss från den inre kärnan på vår planet. Vissa element känner sig mer hemma nere i manteln än på skorpan. Lutetium är ett bra exempel. Precis som uran förfaller till bly, lutetium omvandlas gradvis till en viss hafniumisotop med tiden.

Keller säger när jordens fasta mantel "delvis [smälter] ... mer lutetium tenderar att stanna i manteln." I processen, "mer hafnium går in i ny magma" som kan trängas igenom en vulkan, spill ut på ytan, och bli härdad sten.

Elizabeth Bell - en annan forskare som arbetade med studien - förklarade via e -post, hafniumisotoper kan därför hjälpa oss att ta reda på hur gamla "materialen som smälte till en magma" var. Det är en bra kvalitet. Genom att titta på hafnium -isotopförhållanden i kambriumzirkoner, Bell och hennes kollegor insåg att kristallerna kom från magma som en gång var mycket gammal, mycket fast skorpa.

På något sätt, denna råvara drevs ner i manteln eller djupare i skorpan, där det smälte. Längs vägen, den välbesökta berget kom i kontakt med kallt flytande vatten-vilket framgår av en syrerisotopsignal som finns i samma zirkoner.

Is, Rock och Magma

Eftersom glaciärer är erosionsmedel, Kellers team föreslår att den stora avvikelsen skapades när isaktivitet drev en enorm mängd av vår planets skorpa i havet under snöbollens jordår.

Den så kallade "snowball Earth" -hypotesen hävdar att mellan 750 och 610 miljoner år sedan, glaciärer belagde med jämna mellanrum vår planet, sträcker sig hela vägen från polerna till ekvatorn. Vild som det kan låta, den grundläggande förutsättningen är populär bland geologer (även om vissa forskare inte tror att haven frös över - åtminstone, inte helt).

Keller, Husson och Bell föreställer sig isväggarna som beter sig som gigantiska lie. Alla världens stora landmassor skulle ha trimmats ner; den typiska kontinentalskorpan kan ha tappat 3 till 5 kilometer vertikalt berg till de glidande glaciärerna. Efter att ha skjutits på havsbotten, den förskjutna skorpstenen blev så småningom indragen i jordens mantel och återanvändes senare. Eller så går den nya hypotesen.

(Vid denna tidpunkt, vi bör nämna att den nyligen publicerade studien motsäger ett papper från februari 2018 publicerat i tidskriften Earth and Space Science som spekulerar i att snöbollens jordperiod kan ha hänt efter en tid med masserosion skapade den stora avvikelsen.)

Livet går vidare

Om Kellers team har rätt i sin hypotes, vi kan ha en förklaring till varför det inte finns många meteoritkratrar som föregår snöbollens jordfas. Teoretiskt sett rivglaciärerna skulle ha tagit bort de flesta äldre. På väg, isen kan också ha öppnat dörren för komplexa livsformer-som inte började dyka upp förrän för cirka 635 till 431 miljoner år sedan-att utvecklas.

"Medan snöbollen [jorden] i sig skulle ha varit en ganska hård miljö för livet, en implikation av [vår] studie är att erosionen av denna mycket skorpa kunde ha frigjort mycket fosfor som fastnat i magartiga bergarter, "Keller förklarar. Fosfor, han noterar, är "en kritisk del av DNA och ATP" och något som alla samtida organismer kräver.

Sir Douglas Mawson var en av grundarna till snöbollens jordhypotes. En äventyrare såväl som en geolog, han var den ende som överlevde en tre-manstur över Antarktis som började 1912. Vid ett tillfälle, Mawson var tvungen att gå ensam över 161 kilometer frigid terräng för att träffa sina eventuella räddare.