De Grand Canyon is een van de hoogste geologische laboratoria op aarde en, na ongeveer 140 jaar geologisch onderzoek, je zou kunnen denken dat de geheimen ervan grotendeels zijn opgelost. Dit geldt met name voor de platliggende gelaagde rotsen die zo zichtbaar zijn vanaf beide randen in het Grand Canyon National Park.

Bijna vijf decennia geleden, eind jaren zeventig, was de laatste keer dat een nieuwe formatie werd ontdekt en gedefinieerd in de Grand Canyon met de ontdekking van de Surprise Canyon Formation. Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers, waaronder Karl Karlstrom en Laura Crossey van de Universiteit van New Mexico, hebben een van de laatste te dateren Grand Canyon-lagen bestudeerd - de Sixtymile Formation.

Hun onderzoekspaper, onlangs gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , getiteld "Cambrische Sauk-overtreding in de Grand Canyon-regio opnieuw gedefinieerd door zirkonen", vond de Sixtymile Formation-zandsteen veel jonger dan eerder werd gedacht. Deze eenheid komt voor in slechts vier ontsluitingen in een afgelegen en relatief ontoegankelijk deel van de oostelijke Grand Canyon. Het wordt gevonden net onder Grand Canyon's Great Unconformity en werd verondersteld deel uit te maken van de Precambrische Grand Canyon Supergroup.

"Het ontrafelen van dit wetenschappelijke verhaal was een ontdekkingsavontuur, en betrokken (natuurlijk) serendipiteit, diep inzicht, en doorzettingsvermogen – met een flinke dosis state-of-the-art geochronologie en extreem veldwerk waaronder verschillende water/rots, zwaar beladen rugzaktochten langs belangrijke stukken van de Horsethief Trail en andere afgelegen locaties in Grand Canyon, ' zei Crossey.

De zeeovertreding van Sauk vond plaats gedurende een periode van 600 tot 500 miljoen jaar geleden toen de zeespiegel over Noord-Amerika steeg en zirkonen achterliet, vaak gevonden in zand, die sporen van uranium- en thoriummineraalafzettingen bevatten binnen specifieke sedimentaire eenheden, waardoor onderzoekers de afzettingen kunnen dateren.

De leeftijd van Tonto Groep van Grand Canyon, net bovenliggend en dus jonger dan de Sixtymile Formation, was de toevallige ontdekking. Deze lagen leggen de mariene overtreding vast die Noord-Amerika overspoelde van de randen tot het middelste deel van het continent (Missouri en Oklahoma). Zie het als wat er vandaag zou kunnen gebeuren met het relatief vlakke continent Australië als de zeespiegel enkele honderden meters zou stijgen (of het continent zou dalen). Er werd aangenomen dat het gedurende een lange periode van ongeveer 540-500 miljoen jaar geleden is afgezet, maar nieuwe datering met zirkoonkorrels laat zien dat het jonger is dan de 505 miljoen jaar oude zandkorrels die erin zitten.

"Aanvankelijk, het leek in tegenspraak met fossiel bewijs, maar, met behulp van nieuwe wereldwijde beperkingen, we documenteren dat trilobieten van de Tonto-groep 505-500 miljoen jaar geleden op aarde leefden, zodat de precieze nieuwe geochronologie en fossiele bewijzen in onderlinge overeenstemming zijn, "zei Karlstrom. "Dus, Overstromingen van het Noord-Amerikaanse continent vonden plaats binnen een geologisch kort interval tussen 505 en 500 miljoen jaar geleden - recenter en veel sneller dan eerder werd gedacht."

Detritale zircon-geochronologie is de wetenschap van het analyseren van de leeftijd van zirkonen die zijn afgezet in een specifieke sedimentaire eenheid door hun uranium-lood (U-Pb) -verhoudingen te onderzoeken. De onderzoekers testten detritale zirkoonmonsters met behulp van de U-Pb-dateringsmethode, die kan worden gebruikt om gesteenten te dateren die ongeveer 1 miljoen jaar tot meer dan 4,5 miljard jaar geleden zijn gevormd en gekristalliseerd met routinematige precisies in het bereik van 0,1-1 procent.

"Sixtymile Formation werd lang beschouwd als Precambrium (geschat op 650 miljoen jaar oud), maar nauwkeurige nieuwe datering van zirkoonzandkorrels uit deze rots met behulp van de U-Pb radioactief verval 'klok' laat zien dat het jonger is dan ooit werd gedacht, " zei Crossey. "Nieuwe datering toont aan dat de jongste detritale korrels 508,6 ± 0,5 Ma zijn, vandaar dat de Sixtymile Formation-zandsteen daarna moet zijn neergelegd, en daarna de bovenliggende Tonto Group."

Tot op de dag van vandaag, de Cambrische periode (541 tot 485 miljoen jaar geleden) blijft een geologisch raadsel:waarom werd het dierenleven in deze tijd zo mondiaal divers; waarom werden veel continenten overspoeld door oprukkende oceanen op een manier die zelden eerder of later werd gezien; en was er een verband tussen deze twee unieke kenmerken van de geschiedenis van de aarde?

Divers dierenleven was 635 miljoen jaar geleden aanwezig, en trilobieten maakten ongeveer 521 miljoen jaar geleden harde granaten, zodat de nieuwe timinggegevens in dit artikel geen ondersteuning bieden voor eerdere modellen die hebben gesuggereerd dat zeeovertredingen over de Grote Onconformiteit een trigger waren voor het begin van de Cambrische "explosie" in de diversiteit van het dierenleven.

"De timing van de initiatie, duur en progressie van deze wereldwijd belangrijke (Sauk) overtreding zijn uitgebreid besproken, evenals mogelijke verbindingen tussen tektonische, klimatologisch, en geochemische 'triggers' voor vroege dierlijke evolutie, " zei Karlstrom. "Het model dat de voorkeur geniet in het nieuwe artikel is dat de uiteindelijke scheuring van het supercontinent Rodinia ervoor zorgde dat Noord-Amerika verdween en dat de Sauk-overtreding snel plaatsvond 505-500 Ma over het zuidwesten van Laurentia en de nabijgelegen gespleten continenten op de hielen van spleet verzakking."

Aan wetenschappers en niet-wetenschappers die geïnteresseerd zijn in de geologie van Grand Canyon, het papier herdefinieert de rotslagen van de Grand Canyon en verduidelijkt de leeftijd, natuur, en geologisch abrupte tijdschaal van overstromingen van continenten door oceanen die 505-500 miljoen jaar geleden plaatsvonden (Tonto Group Sauk II-overtreding). Het laat zien dat deze gebeurtenis later was dan en dus niet de oorzaak was voor diversificatie van het vroege dierenleven, maar het opent nieuwe vragen over de oorzaken van vroege trilobietstraling en uitsterven en hun onderbroken evolutie die mogelijk werd aangedreven door meertraps Sauk I en II globale veranderingen in de zeespiegel of oceaanchemie.

"Dit onderzoek, waarbij een geweldige groep medewerkers betrokken was, en de steun van vele afgestudeerde studenten, biedt een duidelijke herziening van de klassieke Grand Canyon-stratigrafie door aan te tonen dat de Sixtymile-formatie niet Precambrium is, maar is midden tot laat-Cambrium, "zei Crossey. "De snelle overtreding wordt geïnterpreteerd als zijnde veroorzaakt door verzakkingen langs de gespleten rand en de daaruit voortvloeiende abrupte stijging van de zeespiegel over een verzakkend continent.

Naast Karlstrom en Crossey, het internationale samenwerkingsteam omvatte stratigraaf-paleontoloog James Hagadorn van het Denver Museum of Natural History; geochronologen George Gehrels, Mark Pecha en Nicky Geisler van de Universiteit van Arizona, Mark Schmitz van de Boise State University, William Matthews en Lauren Madronich van de Universiteit van Calgary; en postdoc Jacob Mulder van Monash University, Australië.

"Niemand van ons was daar om getuige te zijn van de veranderingen, maar de rotsen geven een verslag van de veranderingen, als we eenmaal leren hoe we ze moeten lezen, "voegde Karlstrom toe. "Nogmaals, Het goed belichte geologische laboratorium van de Grand Canyon biedt doorbraken van mondiaal belang voor het begrijpen van de geschiedenis van onze planeet en de evolutie van het leven."