Le 24 mai 1869, un groupe d’explorateurs dirigé par John Wesley Powell partit pour une Aventure pendant 3 mois, où ils ont exploré les canyons et les ravins du fleuve Colorado. Plusieurs expéditions au cours des prochaines années ont abouti à Powell rapport 1875 vif: « Dame Nature a remué ce mélange avec une grande précision », a-t-elle écrit à propos de la roche précambrienne du Grand Canyon.

Le rapport de Powell comprend également des dessins détaillés de la grande discordance, nommée par le géologue Clarence Dutton en 1882.

La grande discordance marque généralement la surface qui sépare les roches riches en fossiles, plus jeunes qu’environ 500 millions d’années, des roches pour la plupart sans fossiles datant de centaines de millions à des milliards d’années plus tôt, a déclaré Rebecca Fleur, thermochronologue à l’Université du Colorado à Boulder. Ces surfaces révèlent des histoires non sédimentaires ou érosives (ou les deux) qui se cachent aux limites entre les strates rocheuses.

Les divergences sont relativement courantes dans les archives géologiques et peuvent être considérées comme des pages manquantes dans un livre, a-t-il expliqué. Kalin Mc Dannel, géologue postdoctoral au Dartmouth College. « Vous pouvez y penser [the Great Unconformity] comme un chapitre manquant » de l’histoire géologique de la Terre, a-t-il dit, avec de nombreux chapitres manquants dans les strates du monde entier.

Parce que les roches manquent, enquêter sur l’écart est difficile. « Vous devez utiliser d’autres techniques… pour vous débarrasser de cette histoire perdue », explique Flowers. Dans une conférence sur Réunion Connect 2022 de la Geological Society of America (GSA) à Denver, il discute de la question de savoir si la grande discordance devrait être générée par des événements d’érosion mondiaux synchrones. Il a fait valoir qu’il serait peut-être préférable de caractériser autant que possible Grande incompatibilitéc’est-à-dire, basé sur la modélisation lorsque ces chapitres ont été tirés des livres d’histoire de la Terre.

Pierre perdue, temps perdu

Pour savoir combien de temps a été perdu entre l’ancienne roche précambrienne et les strates plus jeunes et riches en fossiles qui la surmontent, les scientifiques se sont tournés vers la thermochronologie : l’histoire de la température d’une roche – quand elle était chaude et quand elle ne l’était pas.

Sous la surface de la terre, plus la roche est profonde, plus elle est chaude. (Cette relation quelque peu prévisible s’appelle un gradient géothermique.) La combinaison de ces informations avec le moment où une roche est ou est chaude ne vous indique pas quand une roche se trouve à une certaine profondeur.

La combinaison de ces informations, dit Bunga, « peut vous donner un aperçu du moment où la roche sus-jacente a été enlevée par l’érosion et du moment où [the sampled rocks] émerger à la surface. »

Cependant, un « âge de refroidissement » calculé d’un seul minéral extrait d’une roche particulière ne produit pas une histoire de refroidissement unique ; c’est juste un point sur ce qui pourrait être un voyage de surface simple ou complexe. La détermination des subtilités du déplacement de la roche nécessite l’utilisation de plusieurs minéraux à partir d’un seul échantillon enregistrant différentes sections de la piste et la prise en compte des informations géologiques, a déclaré McDannell, qui n’a pas participé à l’étude de Flowers mais applique activement des méthodes thermochronologiques pour rechercher origines de la Grande Dissonance.

En augmentant Terre ou alors Quelque chose Si non?

Si un phénomène à l’échelle mondiale produisait une grande dissonance, Terre boule de neige peut-être le coupable. Dans ce scénario bien connu, des calottes glaciaires telles que celles du Groenland et de l’Antarctique s’étendent actuellement jusqu’à l’équateur. S’il existe un lien entre Snowball Earth et Great Unconformity résultant de l’érosion sous-glaciaire – des glaciers qui sillonnent les continents -, les scientifiques devraient pouvoir observer une érosion majeure il y a environ 720 millions à 635 millions d’années (la période cryogénienne), a déclaré McDannell.

Les meilleurs endroits pour chercher des preuves de Snowball Earth se trouvent dans les zones les moins touchées par les événements plus récents, dit Flowers – un défi de taille compte tenu de la grande discordance formée il y a des centaines de millions d’années. L’approche consiste à cibler stratégiquement les emplacements qui ont d’autres contraintes géologiques lorsque le désalignement est à la surface.

Dans sa conférence GSA, Flowers explique comment les résultats thermochronologiques des parties est et ouest du Grand Canyon montrent différentes histoires thermiques – différentes voies vers la surface – à des échelles de dizaines de kilomètres. Les failles résultant de l’activité tectonique, dit-il, ont très probablement poussé la roche vers le haut à différents moments. De plus, le modèle, qui intègre des contraintes géologiques, suggère le refroidissement des deux parties du canyon avant Snowball Earth. De même, Flowers et ses collègues soutiennent qu’au Colorado, les roches étaient déjà à la surface à l’époque de Snowball Earth. Dans cet exemple, dit-il, « une surface d’érosion très mal alignée [likely] formé avant la glaciation de Snowball Earth.

Modèle et Observation

Les scientifiques s’appuient sur différents programmes de modélisation qui simulent l’histoire thermique dans le but de reproduire des données thermochronologiques, a déclaré Kendra Murrayun professeur adjoint à l’Idaho State University qui n’a pas participé aux recherches de Flowers.

« Adapter [thermochronologic] les données sont le strict minimum, et cela ne prouve pas que le modèle est correct, il est juste cohérent », explique-t-il Kerry Gallagherun professeur à l’Université de Rennes en France qui a écrit QTQt, l’un des deux programmes de modélisation les plus couramment utilisés.

Ces programmes de modélisation peuvent également intégrer des observations géologiques et déterminer si le modèle le mieux ajusté est déterminé par des données thermochronologiques ou des contraintes géologiques externes. Ce type d’exploration « apporte plus de clarté sur les parties de nos informations qui sont les plus importantes pour les histoires que nous pensons avoir vues », a déclaré Murray.

Dans les exemples du Grand Canyon et du Colorado dont parle Flower, lui et ses collègues ont combiné des données thermochronologiques avec des contraintes géologiques indépendantes dans un programme appelé Lourd. Dans ses conférences, il qualifie les contraintes géologiques sur lesquelles tous les géologues s’accordent de « faits géologiques ». Par exemple, la roche recouvrant la discordance détermine le moment auquel la roche est devoir était en surface.

Cependant, McDannell a déclaré que les conclusions de Flowers et de ses collègues au Grand Canyon nécessitaient l’utilisation de ces contraintes géologiques. Les données thermochronologiques seules ne pilotent pas ces modèles, dit-il, ce qui signifie que les contraintes sont intégrées dans le programme de modélisation pour être tout ce qui compte.

Dans le Flower talk, il discute d’une caractéristique géologique, qui s’appelle injection, dans l’exemple du Colorado qui l’a aidé, lui et ses collègues, à débattre de l’érosion terrestre pré-boule de neige. Flowers a déclaré que la photo montrait que les rochers étaient près de la surface lorsque cette caractéristique étrange a été placée.

Mais cette interprétation et les contraintes de température associées sont discutables, a déclaré McDannell.

« Si tout le monde était satisfait des contraintes, il n’y aurait aucun argument », a déclaré Gallagher.

Glacier S’opposer tectonique

Tester la relation entre Snowball Earth et Great Unconformity est plus simple dans des endroits qui ne connaissent pas de failles tectoniques actives à peu près au même moment, dit Brenhin Keller, professeur adjoint de géologie à Dartmouth. Dans le Grand Canyon, cette histoire tectonique peut masquer les signatures glaciaires.

À l’inverse, l’examen de roches éloignées de la tectonique semi-contemporaine, a déclaré McDannell, signifierait une histoire plus simple à dérouler. Par exemple, lui et Keller ont collecté des données du centre du Canada tectoniquement au repos, et leur modélisation, avec et sans contraintes géologiques, a suggéré une importante excavation cryogénienne – et donc une relation boule de neige-grande discordance.

Les roches avec des palimpsestes similaires dans le monde doivent être étudiées, a déclaré Keller. Si des schémas globaux d’érosion cryogénienne émergeaient, cela renforcerait l’idée que la glaciation de la Terre boule de neige a causé au moins une grande discordance de surface.

Néanmoins, la proposition de Flowers concernant de nombreuses non-conformités majeures (avec de nombreuses causes) peut être valide. Certaines causes peuvent être tectoniques, d’autres peuvent être glaciaires et d’autres peuvent être les deux.

« Il y a plus d’une période d’érosion qui se produit sur une surface non alignée », a déclaré Keller. Pour répondre au lien proposé Snowball Earth – Great Unconformity, dit-il, la question est: « Y a-t-il une érosion dans le Cryogénien? » Si oui, alors c’était peut-être le GrandEst désalignement.

—Alka Tripathy-Lang (@DrAlkaTrip), écrivain scientifique

Devis: Tripathy-Lang, A. (2022), Écart majeur ou écart majeur ?, Glace, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220561. Publié le 23 décembre 2022.

Texte © 2022. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
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