Хуронское оледенение: древнейшие ледниковые периоды (~2.5-2.2 млрд лет назад). Диамиктиты, рифтовые бассейны, палеопротерозой. Геология и история Земли.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сильное оледенение в палеопротерозойскую эру.
Severe glaciation during the Paleoproterozoic era
Гуронское оледенение (или Макганьене оледенение) — это период, в течение которого произошло по крайней мере три ледниковых эпохи во время отложения Гуронской супергруппы. Отложение этой преимущественно осадочной последовательности продолжалось приблизительно от 2,5 до 2,2 миллиардов лет назад (Гя), в сидерийский и риацианский периоды палеопротерозойской эры. Свидетельства оледенения в основном основаны на обнаружении диамиктита, который интерпретируется как отложение ледникового происхождения. Считается, что отложение гуронской последовательности происходило в рифтовом бассейне, который впоследствии трансформировался в преимущественно морскую пассивную окраину. Толщина ледниковых отложений диамиктита в Гуронской супергруппе сопоставима с толщиной отложений четвертичного периода.
The Huronian glaciation (or Makganyene glaciation) was a period where at least three ice ages occurred during the deposition of Huronian Supergroup. Deposition of this largely sedimentary succession extended from approximately 2.5 to 2.2 billion years ago (Gya), during the Siderian and Rhyacian periods of the Paleoproterozoic era. Evidence for glaciation is mainly based on the recognition of diamictite, that is interpreted to be of glacial origin. Deposition of the Huronian succession is interpreted to have occurred within a rift basin that evolved into a largely marine passive margin setting. The glacial diamictite deposits within the Huronian are on par in thickness with Quaternary analogs.
Описание
Три ледниковых диамиктитоносных формации гуронов, от самых древних к самым молодым, – Рамси-Лейк, Брюс и Гоуганда. Хотя в это время во всем мире известны и другие ледниковые отложения, гуронская область ограничена регионом к северу от озера Гурон, между Солт-Сент-Мари (Онтарио) и Руан-Норанда (Квебек). Подобные отложения также известны из других районов Северной Америки, Австралии и Южной Африки. Гуронское оледенение в целом совпадает с Великим кислородным событием – периодом увеличения содержания кислорода и уменьшения содержания метана в атмосфере. Кислород реагировал с метаном, образуя углекислый газ и воду, оба из которых являются гораздо менее эффективными парниковыми газами, чем метан, что значительно ослабило парниковый эффект, особенно поскольку водяной пар легко конденсировался и выпадал из атмосферы с понижением температуры. Это привело к эффекту «ледникового дома», и, возможно, усугубленное низким солнечным излучением в то время, а также сниженной геотермальной активностью, сочетание увеличения свободного кислорода (вызывающего окислительное повреждение органических соединений) и климатических стрессов, вероятно, стало причиной события вымирания – первого и самого продолжительного в истории Земли, уничтожившего большинство анаэробных микробных матов, доминировавших на поверхности Земли и в прибрежных морях.
The three glacial diamictite bearing units of the Huronian are, from the oldest to youngest, the Ramsay Lake, Bruce, and Gowganda formations. Although there are other glacial deposits recognized throughout the world at this time, the Huronian is restricted to the region north of Lake Huron, between Sault Ste. Marie, Ontario, and Rouyn Noranda, Quebec. Other similar deposits are known from elsewhere in North America, as well as Australia and South Africa. The Huronian glaciation broadly coincides with the Great Oxygenation Event, a time of increased atmospheric oxygen and decreased atmospheric methane. The oxygen reacted with the methane to form carbon dioxide and water, both much weaker greenhouse gases than methane, greatly reducing the efficacy of the greenhouse effect, especially as water vapor readily precipitated out of the air with dropping temperature. This caused an icehouse effect and, possibly compounded by the low solar irradiation at the time as well as reduced geothermal activities, the combination of increasing free oxygen (which causes oxidative damage to organic compounds) and climatic stresses likely caused an extinction event, the first and longest lasting in the Earth's history, which wiped out most of the anaerobe dominated microbial mats both on the Earth's surface and in shallow seas.
Открытие и название
В 1907 году Артур Филемон Коулман впервые предположил существование "нижнего гуронского ледникового периода" на основании анализа геологического образования вблизи озера Гурон в провинции Онтарио. В его честь нижний (ледниковый) слой формации Гоуганда называется слоем Коулмана. Эти породы были детально изучены многими геологами и считаются эталонным примером палеопротерозойского оледенения. Путаница в использовании терминов "оледенение" и "ледниковый период" привела к ошибочному мнению о том, что весь временной промежуток представляет собой единое ледниковое событие. Следует использовать диахронические или геохронометрические единицы.
In 1907, Arthur Philemon Coleman first inferred a "lower Huronian ice age" from analysis of a geological formation near Lake Huron in Ontario. In his honour, the lower (glacial) member of the Gowganda Formation is referred to as the Coleman member. These rocks have been studied in detail by numerous geologists and are considered to represent the type example of a Paleoproterozoic glaciation. The confusion of the terms glaciation and ice age has led to the more recent impression that the entire time period represents a single glacial event. Diachronic or geochronometric units should be used.
Геология и климат
По словам Эйлза и Янга, формация Гоуганда (2,3 Гя) содержит "наиболее широко распространенные и убедительные ледниковые отложения этой эпохи". В Северной Америке аналогичные по возрасту отложения обнажены в Мичигане, горах Медисин-Боу (штат Вайоминг), Чибугамау (Квебек) и центральном Нунавуте. В глобальном масштабе они встречаются в бассейне Грикватауна (Южная Африка), а также в Индии и Австралии. Тектоническая обстановка характеризовалась рифтованием континентального края. Образование новой континентальной коры привело бы к химическому выветриванию. Это выветривание способствовало бы удалению CO2 из атмосферы, охлаждая планету за счет снижения парникового эффекта. Широко распространено мнение, что одно или несколько оледенений могли быть событиями типа "Земля-снежок", когда вся или большая часть поверхности Земли была покрыта льдом. Однако палеомагнитные данные, указывающие на присутствие ледяных щитов в низких широтах, вызывают споры, а ледниковые осадочные породы (диамиктиты) имеют прерывистое распространение, чередуясь с карбонатными и другими осадочными породами, что свидетельствует об умеренном климате и предоставляет мало доказательств глобального оледенения.
The Gowganda Formation (2.3 Gya) contains "the most widespread and most convincing glaciogenic deposits of this era", according to Eyles and Young. In North America, similar age deposits are exposed in Michigan, the Medicine Bow Mountains, Wyoming, Chibougamau, Quebec, and central Nunavut. Globally, they occur in the Griquatown Basin of South Africa, as well as India and Australia. The tectonic setting was one of a rifting continental margin. New continental crust would have resulted in chemical weathering. This weathering would pull CO2 out of the atmosphere, cooling the planet through the reduction in greenhouse effect. Popular perception is that one or more of the glaciations may have been snowball Earth events, when all or most of Earth's surface was covered in ice. However the palaeomagnetic evidence that suggests ice sheets were present at low latitudes is contested, and the glacial sediments (diamictites) are discontinuous, alternating with carbonate and other sedimentary rocks, indicating temperate climates, providing scant evidence for global glaciation.
Последствия
До Гуроновского ледникового периода большинство организмов были анаэробными, полагаясь на хемосинтез и аноксигенный фотосинтез на основе ретиналя для производства биологической энергии и биокомпонентов. Но примерно в это время цианобактерии развили кислородный фотосинтез на основе порфирина, который производил диоксиген как побочный продукт. Сначала большая часть этого кислорода растворилась в океане, а затем поглощалась в результате восстановления поверхностными соединениями железа, атмосферным метаном и сероводородом. Однако, по мере продолжения цианобактериального фотосинтеза, накопленный кислород перенасытил восстановительные резервуары поверхности Земли и высвободился в виде свободного кислорода, который "загрязнил" атмосферу, вызвав устойчивые изменения в ее химическом составе, известные как Великое кислородное событие. Когда-то восстановительная атмосфера, теперь окислительная, стала высокореактивной и токсичной для анаэробной биосферы. Более того, атмосферный метан был истощен кислородом и снижен до следовых концентраций, а его заменили гораздо менее эффективные парниковые газы, такие как углекислый газ и водяной пар, последний из которых также легко осаждался из воздуха при низких температурах. Температура поверхности Земли значительно упала, отчасти из-за уменьшения парникового эффекта, а отчасти из-за того, что светимость Солнца и/или геотермальная активность также были ниже в то время, что привело к образованию планеты типа "ледяной дом". После того, как совместное воздействие окисления и изменения климата опустошило анаэробную биосферу (тогда, вероятно, доминировали археальные микробные маты), аэробные организмы, способные к кислородному дыханию, смогли быстро размножиться и занять экологические ниши, освобожденные анаэробами в большинстве сред. Выжившие колонии анаэробов были вынуждены адаптироваться к симбиотическому образу жизни среди аэробов, при этом анаэробы предоставляли органические материалы, необходимые аэробам, а аэробы потребляли и "обезвреживали" окружающие молекулы кислорода, смертельные для анаэробов. Это также могло привести к тому, что некоторые анаэробные археи начали инвагинировать свои клеточные мембраны, формируя эндомембраны для защиты цитоплазматических нуклеиновых кислот, что позволило им вступить в эндосимбиоз с аэробными эубактериями (которые в конечном итоге стали митохондриями, производящими АТФ), и этот симбиогенез способствовал эволюции эукариотических организмов в протерозое.
Before the Huronian Ice Age, most organisms were anaerobic, relying on chemosynthesis and retinal based anoxygenic photosynthesis for production of biological energy and biocompounds. But around this time, cyanobacteria evolved porphyrin based oxygenic photosynthesis, which produced dioxygen as a waste product. At first, most of this oxygen was dissolved in the ocean and afterwards absorbed through the reduction by surface ferrous compounds, atmospheric methane and hydrogen sulfide. However, as the cyanobacterial photosynthesis continued, the cumulative oxygen oversaturated the reductive reservoir of the Earth's surface and spilt out as free oxygen that "polluted" the atmosphere, leading to a permanent change to the atmospheric chemistry known as the Great Oxygenation Event. The once reducing atmosphere, now an oxidizing one, was highly reactive and toxic to the anaerobic biosphere. Further more, atmospheric methane was depleted by oxygen and reduced to trace gas levels, and replaced by much less powerful greenhouse gases such as carbon dioxide and water vapor, the latter of which was also readily precipitated out of the air at low temperatures. Earth's surface temperature dropped significantly, partly because of the reduced greenhouse effect and partly because solar luminosity and/or geothermal activities were also lower at that time, leading to an icehouse Earth. After the combined impact of oxidization and climate change devastated the anaerobic biosphere (then likely dominated by archaeal microbial mats), aerobic organisms capable of oxygen respiration were able to proliferate rapidly and exploit the ecological niches vacated by anaerobes in most environments. The surviving anaerobe colonies were forced to adapt a symbiotic living among aerobes, with the anaerobes contributing the organic materials that aerobes needed, and the aerobes consuming and "detoxing" the surrounding of oxygen molecules lethal to the anaerobes. This might have also caused some anaerobic archaea to begin invaginating their cell membranes into endomembranes in order to shield and protect the cytoplasmic nucleic acids, allowing endosymbiosis with aerobic eubacteria (which eventually became ATP producing mitochondria), and this symbiogenesis contributed to the evolution of eukaryotic organisms during the Proterozoic.