Il Grand Canyon è uno dei più grandi laboratori geologici sulla Terra e, dopo circa 140 anni di indagini geologiche, si potrebbe pensare che i suoi segreti siano stati per lo più risolti. Ciò è particolarmente vero per le rocce stratificate piatte che sono così visibili da entrambi i bordi all'interno del Parco Nazionale del Grand Canyon.

Quasi cinque decenni fa, alla fine degli anni '70, è stata l'ultima volta che una nuova formazione è stata scoperta e definita nel Grand Canyon con la scoperta della Surprise Canyon Formation. Ora, un team di scienziati, tra cui Karl Karlstrom e Laura Crossey dell'Università del New Mexico, hanno studiato uno degli ultimi strati del Grand Canyon ad essere datati:la Formazione Sixtymile.

Il loro documento di ricerca, recentemente pubblicato in Geoscienze naturali , intitolato "Trasgressione del Cambriano Sauk nella regione del Grand Canyon ridefinita da zirconi detritici", ha scoperto che l'arenaria della Formazione Sixtymile è molto più giovane di quanto si pensasse in precedenza. Questa unità si trova solo in quattro affioramenti in una sezione remota e relativamente inaccessibile del Grand Canyon orientale. Si trova appena sotto la Great Unconformity del Grand Canyon e si pensava facesse parte del Precambrian Grand Canyon Supergroup.

"Svelare questo racconto scientifico è stata un'avventura nella scoperta, e coinvolta (ovviamente) serendipità, intuizione profonda, e persistenza - con una buona dose di geocronologia all'avanguardia e lavoro sul campo estremo tra cui diversi acqua/roccia, zaino pesantemente carico percorre tratti significativi dell'Horsethief Trail tra le altre località remote del Grand Canyon, " disse Crossey.

La trasgressione marina di Sauk si è verificata durante un periodo di tempo che va dai 600 ai 500 milioni di anni fa, quando il livello del mare è salito in tutto il Nord America lasciando dietro di sé zirconi, si trova comunemente nella sabbia, che contengono tracce di depositi di minerali di uranio e torio all'interno di unità sedimentarie specifiche che consentono ai ricercatori di datare i depositi.

L'età del Tonto Group del Grand Canyon, appena sovrastante e quindi più giovane della Formazione Sixtymile, è stata la scoperta fortuita. Questi strati registrano la trasgressione marina che ha inondato il Nord America dai suoi margini fino alla parte centrale del continente (Missouri e Oklahoma). Pensalo come ciò che potrebbe accadere oggi al continente relativamente piatto dell'Australia se il livello del mare aumentasse (o il continente si abbassasse) di diverse centinaia di metri. Si ritiene che sia stato depositato in un lungo intervallo di tempo da circa 540-500 milioni di anni fa, ma la nuova datazione dei grani di zircone detritico mostra che è più giovane dei granelli di sabbia di 505 milioni di anni in esso contenuti.

"All'inizio, sembrava contraddire le prove fossili, ma, utilizzando nuovi vincoli globali, documentiamo che i trilobiti del gruppo Tonto vissero sulla Terra 505-500 milioni di anni fa in modo tale che la nuova geocronologia precisa e le prove fossili siano di comune accordo, " disse Karlstrom. "Così, le inondazioni del continente nordamericano si sono verificate in un intervallo geologicamente breve tra 505 e 500 milioni di anni fa, più recentemente e molto più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza".

La geocronologia degli zirconi detritici è la scienza che analizza l'età degli zirconi depositati all'interno di una specifica unità sedimentaria esaminando i loro rapporti uranio-piombo (U-Pb). I ricercatori hanno testato campioni di zirconi detritici utilizzando il metodo di datazione U-Pb, che può essere utilizzato per datare rocce che si sono formate e cristallizzate da circa 1 milione di anni a oltre 4,5 miliardi di anni fa con precisioni di routine nell'intervallo 0,1-1 percento.

"La Formazione Sixtymile è stata a lungo considerata Precambriana (stimata in 650 milioni di anni), ma la nuova datazione precisa dei granelli di sabbia di zircone di questa roccia utilizzando l'"orologio" del decadimento radioattivo U-Pb mostra che è più giovane di quanto si pensasse una volta, " ha detto Crossey. "Una nuova datazione mostra che i suoi grani detritici più giovani sono 508,6 ± 0,5 Ma, quindi l'arenaria della Formazione Sixtymile deve essere stata posata dopo, e il sovrastante Tonto Group dopo".

Fino ad oggi, il periodo Cambriano (da 541 a 485 milioni di anni fa) rimane un enigma geologico:perché la vita animale è diventata così globalmente diversificata durante questo periodo; perché molti continenti furono inondati dall'avanzare degli oceani in un modo raramente visto prima o dopo; e c'era qualche relazione tra queste due caratteristiche uniche della storia della Terra?

La vita animale varia era presente 635 milioni di anni fa, e i trilobiti producevano gusci duri circa 521 milioni di anni fa in modo tale che i nuovi dati temporali in questo documento non supportano modelli precedenti che hanno suggerito che la trasgressione marina attraverso la Grande Disconformità fosse un fattore scatenante per l'inizio dell'"esplosione" del Cambriano nella diversità della vita animale.

"Il momento dell'iniziazione, la durata e la progressione di questa trasgressione di importanza globale (Sauk) sono state ampiamente dibattute, così come le possibili connessioni tra tettonica, climatico, e "trigger" geochimici per l'evoluzione animale precoce, " ha detto Karlstrom. "Il modello favorito nel nuovo documento è che la frattura finale del supercontinente di Rodinia ha causato il cedimento del Nord America e che la trasgressione di Sauk ha avuto luogo rapidamente 505-500 Ma attraverso la Laurentia sudoccidentale e i vicini continenti sulla scia di cedimento della frattura."

A scienziati e non scienziati interessati alla geologia del Grand Canyon, la carta ridefinisce gli strati rocciosi del Grand Canyon e chiarisce l'età, natura, e la scala temporale geologicamente improvvisa dell'inondazione dei continenti da parte degli oceani avvenuta 505-500 milioni di anni fa (trasgressione del Tonto Group Sauk II). Mostra che questo evento è stato successivo e quindi non la causa della diversificazione della prima vita animale, ma apre nuove domande sulle cause delle prime radiazioni ed estinzioni dei trilobiti e della loro evoluzione punteggiata che potrebbero essere state guidate da Sauk I e II livello globale del mare o cambiamenti nella chimica dell'oceano.

"Questa ricerca, che ha coinvolto un fantastico gruppo di collaboratori, e il sostegno di molti studenti laureati, fornisce una marcata revisione della stratigrafia classica del Grand Canyon mostrando che la Formazione Sixtymile non è Precambriana, ma è dal medio al tardo Cambriano, ", ha detto Crossey. "Si interpreta che la rapida trasgressione sia stata guidata dalla subsidenza lungo il margine della frattura e dal conseguente brusco innalzamento del livello del mare in un continente in declino.

Oltre a Karlstrom e Crossey, il team collaborativo internazionale comprendeva lo stratigrafo-paleontologo James Hagadorn del Denver Museum of Natural History; geocronologi George Gehrels, Mark Pecha e Nicky Geisler dell'Università dell'Arizona, Mark Schmitz della Boise State University, William Matthews e Lauren Madronich dell'Università di Calgary; e il post-dottorato Jacob Mulder della Monash University, Australia.

"Nessuno di noi era lì per assistere ai cambiamenti, ma le rocce forniscono una registrazione dei cambiamenti, una volta che impariamo a leggerli, " ha aggiunto Karlstrom. "Ancora una volta, Il laboratorio geologico ben esposto del Grand Canyon fornisce scoperte di importanza globale per comprendere la storia del nostro pianeta e l'evoluzione della vita".