Grand Canyon är ett av de högsta geologiska laboratorierna på jorden och, efter cirka 140 år av geologisk undersökning, man kan tro att dess hemligheter mestadels har lösts. Detta gäller särskilt de plattliggande skiktade stenarna som är så synliga från båda fälgarna inom Grand Canyon National Park.

För nästan fem decennier sedan, i slutet av 1970-talet, var sista gången en ny formation upptäcktes och definierades i Grand Canyon med upptäckten av Surprise Canyon-formationen. Nu, ett team av forskare, inklusive University of New Mexicos Karl Karlström och Laura Crossey, har studerat ett av de sista skikten i Grand Canyon som ska dateras – Sixtymile-formationen.

Deras forskningsartikel, nyligen publicerad i Naturgeovetenskap , med titeln "Cambrian Sauk-överträdelse i Grand Canyon-regionen omdefinierad av detritala zirkoner", fann Sixtymile Formation-sandstenen vara mycket yngre än man tidigare trott. Denna enhet förekommer i endast fyra hällar i en avlägsen och relativt otillgänglig del av östra Grand Canyon. Den finns precis under Grand Canyons Great Unconformity och ansågs vara en del av Precambrian Grand Canyon Supergroup.

"Att reda ut denna vetenskapshistoria var ett äventyr i upptäckten, och involverad (naturligtvis) serendipity, djup insikt, och uthållighet – med en god dos av toppmodern geokronologi och extremt fältarbete inklusive flera vatten/stenar, tungt lastade ryggsäcksvandringar längs betydande sträckor av Horsethief Trail bland andra avlägsna platser i Grand Canyon, sa Crossey.

Sauk Marine Transgression inträffade under en tidsperiod från 600 till 500 miljoner år sedan när havsnivån steg över Nordamerika och lämnade efter sig zirkoner, Vanligtvis finns i sand, som innehåller spårmängder av uran- och toriummineralfyndigheter inom specifika sedimentära enheter vilket gör det möjligt för forskare att datera fyndigheterna.

Åldern för Tonto Group of Grand Canyon, precis överliggande och därmed yngre än sextimileformationen, var den överlägsna upptäckten. Dessa lager registrerar den marina transgressionen som översvämmade Nordamerika från dess marginaler till den mellersta delen av kontinenten (Missouri och Oklahoma). Se det som vad som kan hända idag med den relativt platta kontinenten Australien om havsnivån stiger (eller kontinenten sjunker) flera hundra meter. Det ansågs ha deponerats under ett långt tidsintervall från cirka 540-500 miljoner år sedan, men nya detritala zirkonkornsdateringar visar att det är yngre än de 505 miljoner år gamla sandkornen som finns i det.

"I början, det verkade motsäga fossila bevis, men, använda nya globala begränsningar, vi dokumenterar att Tonto Group-trilobiter levde på jorden för 505-500 ma miljoner år sedan, så att den exakta nya geokronologin och fossila bevisen är i ömsesidig överenskommelse, sa Karlström. Alltså, översvämningar av den nordamerikanska kontinenten ägde rum inom ett geologiskt kort intervall för mellan 505 och 500 miljoner år sedan - på senare tid och mycket snabbare än man tidigare trott."

Detrital zirkongeokronologi är vetenskapen om att analysera åldern på zirkoner avsatta inom en specifik sedimentär enhet genom att undersöka deras uran-bly (U-Pb)-förhållanden. Forskarna testade detritala zirkonprover med U-Pb-dateringsmetoden, som kan användas för att datera bergarter som bildades och kristalliserades för cirka 1 miljon år till över 4,5 miljarder år sedan med rutinmässig precision i intervallet 0,1–1 procent.

"Sixtymile Formation ansågs länge vara prekambrisk (uppskattad till 650 miljoner år gammal), men exakt ny datering av zirkonsandkorn från denna sten med hjälp av U-Pb radioaktiva sönderfallsklocka visar att den är yngre än en gång trodde, " sa Crossey. "Ny datering visar att dess yngsta detritala korn är 508,6 ± 0,5 Ma, därför måste Sixtymile Formation-sandstenen ha lagts ner efter det, och den överliggande Tonto-gruppen efter det."

Till denna dag, den kambriska perioden (541 till 485 miljoner år sedan) förblir en geologisk gåta:varför blev djurlivet så globalt mångsidigt under denna tid; varför översvämmades många kontinenter av framryckande hav på ett sätt som sällan sett före eller efter; och fanns det något samband mellan dessa två unika egenskaper i jordens historia?

Olika djurliv fanns för 635 miljoner år sedan, och trilobiter tillverkade hårda skal för cirka 521 miljoner år sedan, så att de nya tidsdata i detta dokument inte stöder tidigare modeller som har föreslagit att marin överträdelse över den stora oöverensstämmelsen var en utlösande faktor för början av den kambriska "explosionen" i mångfalden av djurlivet.

"Tidpunkten för initiering, varaktigheten och utvecklingen av denna globalt viktiga (Sauk) överträdelse har diskuterats flitigt, som har möjliga kopplingar mellan tektoniska, klimat, och geokemiska "triggers" för tidig djurevolution, ", sade Karlström. "Den modell som gynnas i den nya tidningen är att den slutliga sprickningen av superkontinenten Rodinia fick Nordamerika att avta och att Sauk-överträdelsen ägde rum snabbt 505-500 Ma tvärs över sydvästra Laurentia och närliggande sprickade kontinenter i hälarna på spricksänkning."

Till forskare och icke-vetenskapsmän som är intresserade av Grand Canyon geologi, papperet omdefinierar Grand Canyons klippskikt och förtydligar åldern, natur, och geologiskt abrupt tidsskala för översvämningar av kontinenter av hav som ägde rum för 505-500 miljoner år sedan (Tonto Group Sauk II-överträdelse). Det visar att denna händelse var senare än och därmed inte orsaken till diversifiering av det tidiga djurlivet, men det öppnar nya frågor om orsakerna till tidiga trilobitstrålningar och utrotningar och deras punkterade evolution som kan ha drivits av Sauk I i flera steg och II globala förändringar i havsnivån eller havets kemi.

"Denna forskning, som involverade en fantastisk grupp medarbetare, och stöd från många doktorander, ger en markant revidering av klassisk Grand Canyon-stratigrafi genom att visa att Sixtymile-formationen inte är prekambrisk, men är medel till senkambriskt, " sade Crossey. "Den snabba överträdelsen tolkas som att den har drivits av sättningar längs den sprickade marginalen och därav följande abrupt havsnivåhöjning över en avtagande kontinent.

Förutom Karlström och Crossey, det internationella samarbetsteamet inkluderade stratigraf-paleontolog James Hagadorn från Denver Museum of Natural History; geokronologer George Gehrels, Mark Pecha och Nicky Geisler från University of Arizona, Mark Schmitz från Boise State University, William Matthews och Lauren Madronich från University of Calgary; och post-doc Jacob Mulder från Monash University, Australien.

"Ingen av oss var där för att bevittna förändringarna, men klipporna ger ett register över förändringarna, när vi lärt oss att läsa dem, tillade Karlström. Än en gång, Grand Canyons välexponerade geologiska laboratorium ger genombrott av global betydelse för att förstå vår planets historia och livets utveckling."