Учёные выяснили, почему из истории Земли «исчез» миллиард лет: виновата мантия

Более миллиарда лет геологической истории отсутствует в стенах Большого каньона, и теперь учёные, возможно, знают почему.

В склонах каньона древние метаморфические и магматические породы, образовавшиеся 1,7 млрд лет назад, залегают прямо под более молодыми осадочными породами, отложившимися 500 млн лет назад. 1,2-миллиардный кусок истории между ними не сохранился — оставив геологический пробел, известный как Великое несогласие (Great Unconformity).

Этот пропущенный период был очень важным временем в истории Земли, поскольку он пришёлся непосредственно перед и во время кембрийского взрыва, который ознаменовался огромной диверсификацией жизни на Земле. Великое несогласие существует не только в Большом каньоне; большие пробелы в слоях пород того времени есть по всей Северной Америке, в Балтийском регионе Европы и в северном Китае. Исследователи давно спорят о причинах этого несогласия.

Теперь новая модель движения средней оболочки Земли — мантии — выявила объяснение: медленная, вызванная теплом циркуляция мантии поднимала эти три региона вверх в то время, когда формировалось Великое несогласие, согласно новому исследованию, опубликованному 4 ноября в журнале Nature.

Этот подъём способствовал эрозии, означая, что осадки, образовавшиеся в то время, смывались с континентов и попадали в океан. Важно, что модель также показывает, что за последние 540 млн лет эти же области начали опускаться вместо того, чтобы подниматься, создавая места для накопления осадков, которые затем продолжали аккуратно наслаиваться на континентах, — отмечая точку, где Великое несогласие заканчивается. Это совпадает с тем, что геологи видят в Северной Америке, Балтии и северном Китае.

«Мы смотрели, где лучшие места, где мантия помогла бы создать Великое несогласие? — сказал Live Science соавтор исследования Николя Фламан, геолог из Университета Вуллонгонга в Австралии. — И эти три места оказались тремя местами, где оно, как известно, довольно обширно».

Причина Великого несогласия активно обсуждается: некоторые утверждают, что глобальное глубокое замерзание, известное как Земля-снежок (Snowball Earth), могло сгрести осадки с континентов в этот период. Оледенение, вероятно, сыграло главную роль в эрозии, сказал Фламан, но новое исследование предполагает, что ключевым движущим фактором была глубина планеты. Без подъёма континентов мантией у ледников и других эрозионных сил не было бы уклона, чтобы толкать осадки вниз, сказал он.

Постоянный круговорот

Земля находится в состоянии постоянного переработки коры через тектонику плит, сказал Шанан Питерс, геолог из Университета Висконсин-Мэдисон, не участвовавший в исследовании. Океаническая кора погружается обратно в мантию в процессе субдукции — когда одна тектоническая плита ныряет под другую. Химические вещества, которые она уносит с собой, высвобождаются обратно в атмосферу через извержения вулканов, связывая мантию с атмосферой.

И тектоника не является устойчивой. По мере того как континенты распадаются и снова соединяются на протяжении эонов, в кору попадают разные материалы. Например, древний океан Палео-Тетис, омывавший берега суперконтинента Пангея, пока не закрылся около 200 млн лет назад, был богат углеродсодержащими осадками, которые эродировали с континентов, сказал Питерс. Когда дно океана субдуцировало обратно в мантию, этот углерод был затянут в глубины планеты.

Сегодня, напротив, большая часть субдукции Земли происходит вокруг Тихоокеанского кольца, и большая часть тихоокеанского дна удалена от континентов, поэтому морское дно относительно бедно углеродом. То, что сейчас затягивается в мантию, имеет иной химический состав, чем 200 млн лет назад.

В этом смысле называть Великое несогласие «потерянной информацией» не совсем точно, сказал Питерс Live Science. Вместо этого отсутствие летописи пород в тех местах в то время раскрывает что-то о процессах, происходивших тогда, — и намекает на то, как геология могла влиять на атмосферу, а значит, и на эволюцию жизни.

Геологические процессы, происходившие во время Великого несогласия, могли подготовить почву для кембрийского взрыва, сказал Питерс. Например, кристаллические породы, обнажённые на поверхности в то время, могли высвобождать такие элементы, как калий, железо, марганец и углерод, в моря с повышенной скоростью, побуждая морскую жизнь изобрести биоминерализацию — раковины — в ответ и, возможно, изменив состав атмосферы Земли в сторону большего содержания кислорода, сказал Питерс.

Фламан согласился, что геологические изменения имели значительные побочные эффекты для жизни. «Это способствует формированию среды, в которой эволюционировала сложная жизнь», — сказал Фламан.

Особенно интересно в Великом несогласии то, как оно раскрывает не только период эрозии, но и возврат к отложению осадков. Новая работа даёт объяснение обоим, сказал Питерс, а изменения в мантии — это как раз планетарный процесс, объясняющий это масштабное явление.

«Мне это кажется единственным разумным способом переходить из одного состояния в другое с течением времени», — сказал он.

Остаются вопросы о том, что ещё делали континенты в этот период. Питерс руководит проектом Macrostrat, который объединяет наблюдения за слоями пород по всему миру, и Фламан сказал, что надеется, что эта база данных поможет проверить выводы новых моделей.

«Пока в Африке и России у нас нет столь же полной базы данных, — сказал он. — Как только это будет сделано, мы сможем пойти и проверить, работает ли эта идея».

Источники: Flament N. et al. Mantle convection and the Great Unconformity. Nature, 2025; Live Science — «Scientists may finally know why a billion years of Earth’s history is missing» (2025).