Геологи знайшли революційний спосіб датування

Геологи давно намагаються зрозуміти величезні часові прогалини в літописі гірських порід Землі, де відсутні мільйони, а іноді й мільярди років. Тепер дослідники з Університету штату Юта розробили революційний метод судово-геологічної експертизи з використанням окислених залізних мінералів, який може нарешті розкрити, коли й як сформувалися ці загадкові інтервали.

Нове дослідження, опубліковане Джорданом Дженсеном та Алексіс Олт у випуску журналу Geology від 4 березня 2025 року, представляє методику, яка використовує оксиди заліза, зокрема мартит, для точного датування стародавніх реакцій окислення, що відбувалися, коли породи наближалися до поверхні Землі.

«Проблема для геологів полягає в точному визначенні часу, коли породи перебували в приповерхневому середовищі», — сказала Алексіс Олт, доцент кафедри геологічних наук Університету штату Юта. «Складно визначити час таких процесів, оскільки геологічні докази часто було стерто».

Ці реакції окислення, подібні до іржавіння заліза, діють як природні часові мітки, які фіксують, коли породи були піддані впливу води та кисню — умов, які існують лише поблизу поверхні планети. Новий метод пропонує спосіб відстежувати ці невловимі часові рамки з набагато більшою впевненістю.

Неузгодженості — це величезні прогалини в геологічному літописі, де стародавні породи безпосередньо залягають під набагато молодшими шарами, що вказує на те, що між ними відбулися значні ерозійні події, які стерли всі сліди проміжних шарів.

«Неузгодженості в літописі гірських порід подібні до відсутніх розділів у книзі геологічного часу», — сказав Джордан Дженсен, докторант-дослідник в Університеті штату Юта. «Ці прогалини є фізичним проявом минулих ерозійних подій, які видалили свідчення про минулі ландшафти та середовища».

Одним з найвідоміших таких утворень є Велика Неузгодженість, яка охоплює великі території Північної Америки і відокремлює мільярдолітні магматичні та метаморфічні породи від молодших, часто багатих на скам'янілості осадових шарів. Її можна побачити в таких знакових місцях, як Гранд-Каньйон, але її походження залишається предметом гарячих дискусій.

Дослідження зосереджується на мартиті, формі оксиду заліза, яка утворюється, коли магнетит перетворюється на гематит через окислення. Хоча мартит зберігає зовнішній вигляд магнетиту, він містить мікроскопічні кристали гематиту, які розповідають зовсім іншу історію під поверхнею.

«Подібно до алмазу та його перетворення на графіт, магнетит нестабільний на поверхні Землі і повільно перетворюється на гематит у процесі, схожому на те, як залізні метали іржавіють при контакті з повітрям», — сказав Дженсен. «Мартит часто приймають за магнетит, оскільки його зовнішній вигляд все ще зберігає вигляд магнетиту».

Використовуючи передові інструменти, такі як сканувальні електронні мікроскопи та (U-Th)/He термохронометрію, команда могла виявити ці зміни і точно визначити, коли відбулося окислення. Це окислення позначає момент, коли порода наблизилася до поверхні Землі.

Дженсен і Олт застосували свій метод до зразків з 1,7-мільярдолітніх порід, розташованих нижче великої неузгодженості у Передгір'ї Колорадо, на захід від Денвера. Їхні аналізи дали дати окислення віком до 1,04 мільярда років, що свідчить про те, що неузгодженість могла сформуватися вже 1,4 мільярда років тому.

«Коли магнетит окислюється, геологічний годинник, так би мовити, скидається, виявляючи, коли ці породи були виштовхнуті до приповерхневого шару Землі», — сказав Дженсен.

Це датування відсуває ймовірне формування деяких частин Великої Неузгодженості на сотні мільйонів років, кидаючи виклик попереднім припущенням, які пов'язували її походження з періодом глобального зледеніння, відомого як «Сніжкова Земля», який почався близько 635 мільйонів років тому.

Оскільки мартит широко поширений у різних типах порід і регіонах, дослідницька група вважає, що цей метод можна застосувати до багатьох інших місць у всьому світі для вивчення вивітрювання, ерозії та розвитку критичних мінеральних родовищ протягом глибокого часу.

«Ці крихітні і стійкі зерна мартиту зберігають історію про те, коли ці породи вперше були оголені до приповерхневого шару Землі, незважаючи на багато подій, таких як поховання та гороутворення, які могли знищити докази», — пояснив Дженсен.

Зокрема, підмножина проаналізованих ними зерен мартиту свідчить про те, що ерозія, відповідальна за Велику Неузгодженість, почалася набагато раніше, ніж вважалося раніше, передуючи зледенінням Сніжкової Землі на кілька сотень мільйонів років у місці їхнього дослідження.

Результати дослідження пропонують більше, ніж просто нову точку даних — вони надають спосіб реконструювати втрачені епохи в динамічному минулому Землі. Відстежуючи, як і коли породи були оголені на поверхні, геологи можуть скласти разом основні зрушення в тектоніці, кліматі та поверхневих процесах, які сформували сьогоднішні континенти.

Їхня методика спрямована не лише на минуле Землі — вона може стати потужним інструментом для прогнозування майбутнього, особливо в контексті гірничої справи, вуглецевого циклу та довгострокової еволюції континентальної кори.