Jorden saknar en del av sin jordskorpa, och nu har forskare en ny ledning på vad som är att skylla: Många glaciärer.
För nästan 720 miljoner år sedan täcktes jorden i global is, en tid som kallas Snowball Earth. Slipningen av dessa världsomspännande islager kan ha bulldozat mellan 1,8 och 3 mil (3 och 5 kilometer) skorpa i haven, rapporterade forskare. 31 december. Där krossade plattaktonik den tillbaka i jordens heta mittlager, manteln, återvinning det till ny rock.
Om forskarna har rätt, förklarar Snowball Earth en väldigt konstig egenskap i geologin som kallas den stora okonformiteten. Sett över hela världen hänvisar denna avvikelse till ett lager där sedimentära bergarter har deponerats högst upp på den äldsta källarbergen i jordskorpan. Bisarligt saknas hundratals miljoner år av sedimentära lager mellan denna stolliga eller metamorfa källaren och den äldsta bevarade sedimentära bergarter. I Grand Canyon, till exempel, saknas helt enkelt 1,2 miljarder år med sten.
Mineralmysterium
C. Brenhin Keller, geokronolog vid University of California, Berkeley, försökte inte förklara den stora osamförstånden när han startade sin forskning om zirkoner, mineraler som är så tuffa och hårda att de överlever längre än någon annan del av jordskorpan på jorden. De äldsta zirkonerna är 4,4 miljarder år gamla, bara 165 miljoner år yngre än själva planeten.
Eftersom zirkoner kan överleva nästan vad som helst, håller de register över jordskorpan även om de smälts, remixas och återvinns i manteln för att bilda nytt berg. Keller och hans team samlade data om cirka 34 000 zirkoner, med fokus på värdena på särskilda isotoper eller molekylära varianter, kallade hafnium-176 och hafnium-177.
Hafnium-176 är en isotop av det silviga metalliska elementet hafnium som bildas under radioaktivt sönderfall av lutetium, ett annat silvigt element. Lutetium tenderar att stanna inom manteln, snarare än att bli inbyggd i magma och skjuta in i jordskorpan via vulkanutbrott, berättade Keller för Live Science. Som ett resultat är manteln särskilt rik på lutetium, och därför är den också rik på hafnium-176 som bildas som lutetium förfaller. I jämförelse är jordskorpan rikare på en annan isotop av hafnium, hafnium-177. Av detta skäl kan förhållandet mellan hafnium-176 och hafnium-177 i en zirkon berätta för forskare om den zirkonen som bildats av magma som härstammade i manteln - eller från magma som återvanns från smältningen av gammal skorpa.
Återvunnen skorpa
Mycket till Keller och hans kollegas överraskning avslöjade förhållandena i zirkonen att en stor mängd gammal skorpa hade återvunnits och omsmälts för att skapa nya zirkoner, och allt på en gång. Det var "riktigt dramatiskt", sade Keller.
"Om du vill göra detta på global skala måste du få en massa jordskorpa och smälta den till ny magma," sade han.
För att göra det snabbt måste mycket skorpa smälta snabbt i den nedre skorpan, sade Keller, eller så måste den skjuts ned i manteln vid havsbotten i en process som kallas subduktion. Som tur är att resa genom vatten lämnar en specifik uppsättning molekylära fingeravtryck på syre-molekylerna i zirkoner, så Keller och hans team kunde kontrollera om zirkonerna (och klipporna som en gång var värd för dem) hade tagit en vattnig resa. Det visar sig att de hade.
En berättelse dök upp: Massiva mängder skorpa överfördes ganska plötsligt till havsundduktionszoner för att krossas ner i manteln. Men om all den skorpan rörde sig i havet, skulle någon förmodligen ha märkt erosionen, sade Keller.
"Och det har vi verkligen - i den stora överensstämmelsen," sade han.
Torkas rent
Keller medger att detta är ett extraordinärt påstående och kommer att kräva extraordinära bevis. Han och hans kollegor tog ett steg mot att tillhandahålla några av dessa bevis genom att titta på en annan forskningslinje om slagkratrar. För cirka 700 miljoner år sedan, fann de, jordens påverkan kratare torkades nästan ren. Endast två enorma kratrar, Sudbury-bassängen i Kanada och Vredefort-krateret i Sydafrika, föregick Snowball Earth - och dessa kratrar var häpnadsväckande enorma och mätte ursprungligen 93 mil (300 km) och 300 km (300 km) över. De har eroderats till en bråkdel av sin ursprungliga storlek.
Keller och hans team tror att glaciärerna i Snowball Earth torkade bort alla andra slagkratrar och skrapade lite från toppen av Sudbury och Vredefort också. Genom deras beräkningar skrapades i genomsnitt mellan 1,8 och 3 vertikala miles (3 och 5 km) skorpa bort av Snowball Earths isark under 64 miljoner år. På vissa platser, sade Keller, var förlusten större, och i andra förlorades ingen skorpa alls.
Isen skulle ha tvingats raka bara i genomsnitt 0,002 tum (0,0625 millimeter) smuts och sten från jordskorpan varje år för att åstadkomma denna prestation, sade Keller. Det är en vind även för dagens glaciärer, sade han. Idag varierar erosionshastigheterna för kontinentala isark från 0,004 till 0,19 tum (0,1 till 4,8 mm), med branta bergsglaciärer som rör sig nästan 4 tum (100 mm) berg och smuts årligen.
Forskare hade tidigare betraktat glaciärer som en möjlig orsak till den stora avvikelsen, men idén hade till stor del övergivits, sade Keller. En artikel från 1973 om ideen från University of North Carolina geolog William White misslyckades med att samla in en enda citat av andra forskare. Andra teorier inkluderar de omöjliga (gigantiska tidvatten som torkade marken ren, men skulle ha krävt att månen bildade miljarder år senare än den faktiskt gjorde) och det rimligare (upplyftningen och efterföljande väderbildning av en massiv superkontinent).
Det är möjligt att både upplyftning och glaciärer spelade en roll i att rensa bort kilometer med skorpa, sade Keller. Under 2013 fann forskare att stenar från Snowball Earth-eran hade fångat och lagrat koldioxid från atmosfären, kanske för att extrem väderlek hade gjort stenarna särskilt porösa. Denna fångst av koldioxid kunde ha utlöst global kylning, varvid den globala uppvärmningens baksida uppstod i modern tid på grund av förbränning av fossila bränslen. Kylningen kunde ha lett till ett globalt isigt klimat, och de resulterande glaciärerna kunde då ha påskyndat erosionen ännu mer.
Keller och hans team arbetar för att få finansiering för att testa de djupa källarrockarna under Great Unconformity för att ta reda på när de lyfts upp till ytan. Att avslöja tidpunkten för upplyftningen och glaciären, sade han, kan hjälpa till att klargöra vad som utlöste Snowball Earth - och vad som i slutändan är ansvarigt för jordens försvinnande skorpa.
Redaktörens anmärkning: Den här artikeln uppdaterades för att indikera att månen skulle ha behövt för att bilda "senare" inte "tidigare" som anges, för att stödja en gigantisk tidvattenteori för att förklara de saknade lagren.
