Adjunto: "Science" publica artículos colaborativos de expertos del Instituto Nanguo.
El 24 de febrero, la versión en línea de la revista Science publicó un análisis de la explosión del Cámbrico basado en edades de isótopos y datos sistemáticos de isótopos de carbono medidos por un equipo de investigación conjunto chino-estadounidense basado en muestras de rocas de las Tres Gargantas. Área de Yichang Se han propuesto nuevas explicaciones para cuestiones científicas como la edad de hielo preglobal, los cambios anormales en la composición química del agua de mar y el origen y evolución de los animales multicelulares. Estos científicos creen que la edad de hielo más grande en la historia de la Tierra terminó casi simultáneamente en todos los continentes a una velocidad muy rápida, es decir, hace 635 millones de años. Hace 580 millones de años ocurrió una pequeña edad de hielo, y luego aparecieron los animales primitivos. la tierra. La aparición y prosperidad de organismos multicelulares, especialmente animales, es la causa directa del evento global de composición anormal del agua de mar a gran escala hace 550 millones de años. La prosperidad acelerada de los organismos provocó un fuerte aumento del contenido de oxígeno atmosférico, allanando el camino para la posterior explosión de vida en el Cámbrico.
Se informa que este equipo de investigación está compuesto por expertos del Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing, la Academia China de Ciencias y el Instituto de Tecnología de Massachusetts. El Dr. Zhu, segundo autor del artículo, señaló que explorar la relación entre la vida y la evolución ambiental es una de las cuestiones científicas más básicas que enfrentan los seres humanos en aras del conocimiento y la supervivencia. El medio ambiente y la evolución de la vida durante el período geológico de hace 750 millones a 530 millones de años son temas científicos candentes que preocupan a los científicos de la tierra y la vida. Debido a que este período es un punto de inflexión muy crítico en la historia de la Tierra, la comunidad científica lo llama el período de transición entre la Era Criptozoica y la Era Fanerozoica, lo que significa que la Tierra pasó de un estado estéril sin vida visible a un estado moderno. planeta azul con un entorno adecuado y una vida exuberante en una etapa crítica de transición. Durante este período, brotaron animales y organismos multicelulares complejos, seguido de un rápido aumento en la diversidad animal que a menudo se conoce como la "explosión cámbrica". Antes de que aparecieran los animales, el ambiente de la Tierra era extremadamente frío y ocurrieron al menos tres edades de hielo. Uno de los glaciares más grandes se extiende hasta la región ecuatorial, lo que constituye una anomalía climática extrema sin precedentes en la Tierra. Al mismo tiempo, los registros geológicos muestran que durante este período, la composición química del agua de mar global experimentó cambios anormales con alta frecuencia y gran escala. Puede haber una conexión interna inevitable entre las glaciaciones periódicas a gran escala, la aparición de organismos multicelulares, los cambios anormales en las condiciones químicas del agua de mar y otros eventos geológicos ambientales. Ésta es la "hipótesis de la bola de nieve" que ha atraído una amplia atención en la comunidad científica en los últimos tiempos. años. Sin embargo, existe una considerable controversia en la comunidad científica sobre el proceso de ocurrencia de eventos geológicos ambientales como el número y duración de las glaciaciones, los patrones de origen y edades exactas de los animales, y los cambios en la composición del agua de mar y el oxígeno atmosférico durante este período. La razón es que los resultados de las investigaciones científicas actuales provienen de diferentes formaciones rocosas de todo el mundo y la secuencia de varios eventos descubiertos en las coordenadas de tiempo geológico ya no está clara. Por lo tanto, la datación isotópica fiable y precisa es la base científica más básica para encontrar la respuesta correcta a la relación entre el medio ambiente y la evolución de la vida durante el período geológico comprendido entre hace 750 y 530 millones de años.
La edad geológica se puede calcular midiendo el contenido de elementos padres e hijos de isótopos radiactivos en minerales porque el semiperíodo de desintegración de los isótopos radiactivos es fijo. En la actualidad, la comunidad científica puede utilizar diferentes métodos de datación isotópica según los diferentes propósitos y objetos de investigación. La ceniza volcánica producida por las erupciones volcánicas durante el período geológico contiene un mineral muy estable "circón" (ZrSiO4), que es el mejor material para determinar con precisión la edad geológica. Midiendo el contenido del isótopo de uranio 238U y del isótopo de plomo 206Pb (el semiciclo de la desintegración del 238U a 206Pb es de 4.500 millones de años), los investigadores pueden calcular la edad de formación del circón, es decir, la edad de la ceniza volcánica. El Laboratorio de Espectrometría de Masas de Iones Térmicos del MIT ha sido un laboratorio reconocido internacionalmente para esta investigación cronológica.
Los cambios en el carbono durante el ciclo natural de la materia afectan los cambios en el medio ambiente de la Tierra, porque el carbono es uno de los dos componentes del dióxido de carbono, gas de efecto invernadero. Los cambios en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera son la clave de los cambios. en el clima de la tierra. Estudiar el ciclo del carbono en la naturaleza es un método importante para revelar cambios en los factores ambientales globales. Como todos sabemos, el carbono es uno de los elementos más básicos de la materia viva y las actividades vitales son los factores más importantes que afectan el ciclo del carbono en la naturaleza. Dado que el contenido de "carbono ligero" (isótopo 12C) en la materia orgánica viva es mayor que el de "carbono pesado" (isótopo 13C), los científicos pueden comprender la relación entre las actividades de la vida y el ciclo del carbono en los períodos geológicos estudiando los cambios en la Relación de composición de isótopos de carbono en rocas. Revelar los procesos cambiantes de los factores ambientales atmosféricos y oceánicos.
Entonces, ¿por qué elegir el sur de China como zona de investigación? Debido a que el sur de China tiene registros geológicos completos de este período geológico y estratos glaciales típicos, los geólogos lo llaman Conglomerado Nantuo Moraine, así como varios estratos ricos en fósiles. Hasta ahora, se han descubierto y descubierto la biota Weng'an que contiene los primeros fósiles de animales, la biota Chengjiang que representa la explosión del Cámbrico, la biota Hemiao rica en grandes algas multicelulares y la biota Gaojiashan que contiene restos de animales grandes y fósiles de animales de esqueleto débil. biota de conchas pequeñas. Por lo tanto, el sur de China fue una de las áreas clave del mundo para la evolución de la vida y los cambios ambientales durante este período. Sin embargo, no existe ninguna base para la estratigrafía glacial del sur de China ni para la edad de estos grupos de fósiles, incluidos los primeros fósiles de animales. La secuencia cronológica de los eventos de cambio ambiental (incluidos los cambios de isótopos de carbono) con los períodos glaciales y la biota también es incierta. Por tanto, determinar su edad geológica se ha convertido en la clave para distinguir los procesos de evolución glacial, biológica y ambiental.
Según el Dr. Zhu, no todos los circones presentes en muestras de ceniza volcánica se pueden utilizar para determinar la edad. Algunos circones provienen de estratos más antiguos y su edad no representa el momento de la erupción volcánica. Afortunadamente, el equipo de investigación finalmente descubrió una gran cantidad de circones contemporáneos en tres capas de ceniza volcánica en dos secciones geológicas en el área de las Tres Gargantas de Yichang. La longitud de los cristales de circón utilizados para la datación es generalmente de sólo 80 a 150 micrones. La espectrometría de masas de iones térmicos da como resultado una edad de alta precisión. En primer lugar, la ceniza volcánica en la parte media de las rocas carbonatadas que cubren el Complejo Nantuo Moraine tiene 635,2 millones de años. Esta edad es muy cercana a la encontrada en la cima del complejo de morrenas en el norte de Namibia, Sudáfrica (635,5 millones de años). En aquella época, el sur de China estaba en latitudes bajas y Namibia estaba en los hemisferios norte y sur, que estaban muy separados. Sin embargo, la comparación de las dos eras muestra que la Edad de Hielo de Nantuo en el sur de China fue simultánea en todos los continentes del mundo, lo que demuestra que la Edad de Hielo de Nantuo fue la edad de hielo más grande en la historia de la Tierra. 6. Hace 3.500 millones de años, esta enorme edad de hielo terminó rápida y simultáneamente en todo el mundo. Las rocas carbonatadas (comúnmente conocidas como "rocas carbonatadas de capa") cubiertas por el complejo glaciar Nantuo en todo el mundo se formaron rápidamente en el océano bajo el ambiente de efecto invernadero causado por el fuerte aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera. causa directa del rápido fin de la edad de hielo.
En segundo lugar, una nueva investigación sobre isótopos de rocas revela que se produjo un enorme evento de isótopos de carbono negativos bajo la Biota de Homiao. El valor de edad de 55,1 mil millones de años de la capa de ceniza volcánica sobre la Biota de Homiao ha cambiado completamente el pasado de las personas. Comprensión del proceso de cambios biológicos y ambientales en esta etapa. En el pasado, se creía que las anomalías de los isótopos de carbono negativos en la biota de Hemiao estaban relacionadas con otro período glacial posterior al período glacial de Nantuo hace 580 millones de años. La nueva era muestra que esta gran anomalía de isótopos de carbono negativos es un evento global, al igual que anomalías de isótopos de carbono negativos similares en otros continentes (América del Norte, Australia, África), y no tiene nada que ver con la edad de hielo global, sino con la edad multicelular. organismos hace 5.565438 millones de años, especialmente debido a la aparición y prosperidad de los animales. Con el auge y la prosperidad de los organismos multicelulares, se almacenaron grandes cantidades de carbono orgánico. La prosperidad acelerada de los organismos ha provocado un fuerte aumento del contenido de oxígeno atmosférico y una gran cantidad de carbono orgánico almacenado se ha oxidado a la atmósfera y al agua de mar para participar en un nuevo ciclo del carbono. El fuerte aumento del carbono ligero (isótopo 12C) en el agua de mar provocó un enorme evento de isótopos de carbono negativos en el agua de mar mundial hace unos 555 millones de años. Al mismo tiempo, la prosperidad de los organismos trajo abundante oxígeno atmosférico, sentando las bases para la posterior explosión de vida en el Cámbrico.
Sorprendentemente, los resultados de la investigación llegaron a una conclusión científica muy importante: los primeros animales aparecieron en la Tierra no antes de 580 millones de años. Debido a que la "Weng'an Biota" que contiene los primeros fósiles de animales fue descubierta en formaciones rocosas hace entre 635 millones y 55,65438+0 mil millones de años, los estratos debajo de la "Weng'an Biota" tienen superficies "kársticas" obvias, que representan un gran mar. Se produjo una caída de nivel, que se especula que fue causada por otro período glacial después del período glacial Nantuo. Este período glacial fue un registro geológico típico de Terranova, Canadá y Europa hace 580 millones de años. Esta conclusión no solo obtiene los resultados completos de la comparación de edades estratigráficas realizados por otros métodos, sino que también quiere compararlos. Si esta conclusión es confiable, entonces los primeros animales en la Tierra aparecieron después del final de la Edad de Hielo después de la Edad de Hielo de Nantuo. Esto muestra que la "biota Weng'an" que representa el registro fósil de animales más antiguo en el sur de China es diferente de los abundantes. La "Tierra" en otras partes del mundo en ese momento era "Dikalan Biota" casi al mismo tiempo, lo que cambió la comprensión de que "Weng'an Biota" era anterior a "Ediacara Biota". De esta manera, es necesario volver a comprender los patrones y procesos del origen animal y la evolución temprana en una nueva coordenada temporal.
El Dr. Zhu dijo que cuanto mayor sea la precisión y densidad de la datación geológica, mayor será la comprensión de la relación entre los diferentes entornos geológicos y los eventos de evolución biológica. Esta vez, las edades que publicaron confirman sólo algunos de una serie de importantes eventos evolutivos ambientales y biológicos que ocurrieron durante un período geológico crítico hace entre 750 y 530 millones de años. Hay muchos eventos importantes en este período que deben revelarse utilizando diferentes métodos de investigación. La edad y el momento de los eventos deben determinarse sucesivamente. Por ejemplo, la duración y el intervalo de cada uno de los tres períodos glaciales en esta etapa. Aún no se ha determinado, y aún no se ha determinado el momento en que aparecieron los animales por primera vez. La determinación se hizo mediante comparación de edades con otras áreas. Al mismo tiempo, la nueva era impulsará a los geólogos a proponer nuevos planes para la división del tiempo de este punto de inflexión crítico en la historia de la Tierra, por lo que continuarán las investigaciones relacionadas.
Academia China de Ciencias