來自大峽谷的新發現可能改寫地質教科書
在世界領先的地質實驗室之一進行的將創新分析技術與傳統野外地質學相結合的合作研究為寒武紀生命大爆發提供了新的視角。在地球46 億年的歷史中，自地球形成後不久，單細胞生命一直佔據主導地位。 然而，在大約5 億年前，發生了一個被稱為寒武紀”大爆發”的戲劇性事件。 在這段時期，出現了異常多樣的生命形式，並保存在化石記錄中。 這些化石包括各種動物的主要類群，它們進化成了今天仍在生活的動物類群（包括人類）。
5億年前的三葉蟲化石留下了階梯狀痕跡，寒武紀蠕蟲在淺海泥漿中留下了管狀痕跡，這些痕跡化石被保存了下來。 圖片來源：Laurie Crossey，UNM 新聞室
聯合國大學的研究人員和一個擴大的合作團隊最近發表了一篇論文，作為《今日全球科學協會》（GSA Today）2024 年11 月刊的主要科學文章，題為《大峽谷的寒武紀》（The Cambrian of the Grand Canyon）： 經典地層模型的完善。
UNM 的卡爾-卡爾斯特羅姆（Karl Karlstrom）正在檢查被撕裂的沉積物，這些沉積物可能記錄了影響淺海環境的大型颶風或海嘯。 圖片來源：Laurie Crossey， UNM 新聞室
猶他州立大學教授卡羅爾-德勒（Carol Dehler）說：「大峽谷的通托組擁有一座沉積層和化石寶庫，記錄了大約5億年前的寒武紀大爆發，當時第一批帶硬殼的動物迅速繁衍，海平面上升，新興的海洋生物包圍了各大洲。
Dehler是這項研究的第一作者，UNM兼任教授、古生物學家Fred Sundberg是共同第一作者，共同作者包括UNM特聘教授Karl Karlstrom和Laurie Crossey、丹佛自然與科學博物館的James Hagadorn、博伊西州立大學的Mark Schmitz和內華達大學拉斯維加斯分校的Steve Rowland。
除了研究進展之外，該論文還在地球科學教育方面取得了進展，其基礎是埃迪-麥基（Eddy McKee）50 年前在這些岩石上建立的海洋橫斷（海洋跨越大陸的推進）經典模型。 全球許多地質學專業的學生都學習過麥基模型，該模型認為沉積環境是逐漸加深和逐漸轉變的。
“我們關於通托組沉積的新模型更加細緻入微，顯示了海洋和非海洋環境的混合、沒有沉積物沉積時的斷裂或不整合以及更快的演化速度。” 聯合國大學特聘教授卡爾斯特羅姆（Karl Karlstrom）說：”與以前相比，大峽谷的通托組仍然是世界上最重要的寒武紀類型地段之一，因為它完整地展現在世人面前。”
UNM 校友、第一作者卡羅爾-德勒（Carol Dehler）與學生助理卡門-溫（Carmen Winn，當時是UNM 博士生）和加州大學學生剋萊爾-德塞勒斯（Claire DeCelles）。 圖片來源：Laurie Crossey，UNM 新聞室
美國國家科學基金會地球科學部為這項工作提供了支持。哈加多恩說：『我們的發現提醒人們，科學是一個過程。我們在大峽谷這個世界上最著名、最受人喜愛的景觀之一所做的工作，以一種非常個人化的方式將人們與這一科學連結在一起。
此外，先進的工具為岩石沉積速度提供了新的見解，並為海洋物種（如三葉蟲和其他早期動物）的快速多樣化提供了線索。
施密茨說：”我們新的串聯鈾-鉛定年法正在完善演替中每一層以及三葉蟲生物區之間過渡的精確年齡，我們發現，不同的三葉蟲物種以非常快的速度（百萬年以下）輻射，然後滅絕。
卡爾-卡爾斯特羅姆（右）在檢查約翰-福斯特（左）發現的三葉蟲化石。
這種方法包括研磨沉積岩樣本，分離出沉積在沉積物中的數百顆沙粒大小的鋯石晶體。 首先使用初步的快速定年方法來獲得這些晶粒的U-Pb 比率，然後使用更複雜（也更精確）的實驗室方法對最年輕的晶粒進行精確性。
“沉積岩的年代很難確定，”克羅斯說，”但沉積物的沉積和其中的化石，一定比最年輕的顆粒的年齡要小，因此我們可以用許多日期來括弧沉積年齡。”
弗雷德-桑德伯格（右）在頁岩中發現三葉蟲化石，如同大海撈針。
德勒說，與麥基的模型相比，研究小組的新模型為學生和研究人員深入了解寒武紀大爆發提供了關鍵途徑。
「從500 公尺厚的地層中，我們了解到海平面上升和災難性熱帶風暴的影響–可能比今天毀滅性的颶風更加強大。」德勒說：「這發生在一個沒有陸地植物的世界，也發生在地球沒有冰雪的高溫時期。
編譯自/ ScitechDaily