Le Grand Canyon est l'un des laboratoires géologiques suprêmes sur Terre et, après environ 140 ans de recherches géologiques, on pourrait penser que ses secrets ont été en grande partie résolus. Cela est particulièrement vrai pour les roches en couches plates qui sont si visibles des deux bords du parc national du Grand Canyon.

Il y a près de cinq décennies, à la fin des années 1970, C'était la dernière fois qu'une nouvelle formation était découverte et définie dans le Grand Canyon avec la découverte de la formation Surprise Canyon. Maintenant, une équipe de scientifiques, dont Karl Karlstrom et Laura Crossey de l'Université du Nouveau-Mexique, ont étudié l'une des dernières strates du Grand Canyon à dater - la formation Sixtymile.

Leur mémoire de recherche, récemment publié dans Géosciences de la nature , intitulé « Transgression Cambrian Sauk dans la région du Grand Canyon redéfinie par les zircons détritiques », ont trouvé que le grès de la formation Sixtymile était beaucoup plus jeune qu'on ne le pensait auparavant. Cette unité se produit dans seulement quatre affleurements dans une section éloignée et relativement inaccessible de l'est du Grand Canyon. Il se trouve juste en dessous de la grande discordance du Grand Canyon et faisait partie du supergroupe précambrien du Grand Canyon.

"Démêler ce conte scientifique était une aventure de découverte, et impliqué (bien sûr) un heureux hasard, aperçu en profondeur, et persistance - avec une bonne dose de géochronologie de pointe et de travaux de terrain extrêmes, y compris plusieurs eau/roche, des randonnées à dos lourdement chargées le long d'étendues importantes du Horsethief Trail parmi d'autres endroits reculés du Grand Canyon, " dit Crossey.

La transgression marine de Sauk s'est produite au cours d'une période datant de 600 à 500 millions d'années, lorsque le niveau de la mer s'est élevé à travers l'Amérique du Nord, laissant derrière lui des zircons, trouve couramment dans le sable, qui contiennent des traces de gisements minéraux d'uranium et de thorium au sein d'unités sédimentaires spécifiques permettant aux chercheurs de dater les gisements.

L'âge du groupe Tonto du Grand Canyon, juste au-dessus et donc plus jeune que la formation Sixtymile, était la découverte fortuite. Ces couches enregistrent la transgression marine qui a inondé l'Amérique du Nord depuis ses marges jusqu'au milieu du continent (Missouri et Oklahoma). Pensez-y comme ce qui pourrait arriver aujourd'hui au continent relativement plat de l'Australie si le niveau de la mer s'élevait (ou si le continent s'abaissait) de plusieurs centaines de mètres. Il a été considéré comme ayant été déposé sur un long intervalle de temps d'environ 540 à 500 millions d'années, mais une nouvelle datation de grains de zircon détritique montre qu'il est plus jeune que les grains de sable vieux de 505 millions d'années qu'il contient.

"En premier, cela semblait contredire les preuves fossiles, mais, en utilisant de nouvelles contraintes globales, nous documentons que les trilobites du groupe de Tonto vivaient sur Terre il y a 505 à 500 millions d'années, de sorte que la nouvelle géochronologie précise et les preuves fossiles sont en accord mutuel, " dit Karlstrom. " Ainsi, les inondations du continent nord-américain ont eu lieu dans un intervalle géologiquement court entre 505 et 500 millions d'années - plus récemment et beaucoup plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant."

La géochronologie des zircons détritiques est la science qui consiste à analyser l'âge des zircons déposés dans une unité sédimentaire spécifique en examinant leurs rapports uranium-plomb (U-Pb). Les chercheurs ont testé des échantillons de zircon détritique en utilisant la méthode de datation U-Pb, qui peut être utilisé pour dater les roches qui se sont formées et cristallisées il y a environ 1 million d'années à plus de 4,5 milliards d'années avec des précisions de routine de l'ordre de 0,1 à 1 %.

"La formation Sixtymile a longtemps été considérée comme précambrienne (estimée à 650 millions d'années), mais une nouvelle datation précise des grains de sable de zircon de cette roche à l'aide de l'horloge de désintégration radioactive U-Pb montre qu'elle est plus jeune qu'on ne le pensait, " a déclaré Crossey. " Une nouvelle datation montre que ses grains détritiques les plus jeunes sont de 508,6 ± 0,5 Ma, par conséquent, le grès de la formation Sixtymile doit avoir été déposé après cela, et le groupe Tonto sous-jacent après cela."

À ce jour, la période cambrienne (il y a 541 à 485 millions d'années) reste une énigme géologique :pourquoi la vie animale est-elle devenue si diversifiée à l'échelle mondiale pendant cette période ? pourquoi de nombreux continents ont-ils été inondés par l'avancée des océans d'une manière rarement vue avant ou après ; et y avait-il une relation entre ces deux caractéristiques uniques de l'histoire de la Terre ?

La vie animale diversifiée était présente il y a 635 millions d'années, et les trilobites fabriquaient des coquilles dures il y a environ 521 millions d'années, de sorte que les nouvelles données temporelles de cet article ne prennent pas en charge les modèles antérieurs qui ont suggéré que la transgression marine à travers la Grande Discordance était un déclencheur pour le début de l'"explosion" cambrienne de la diversité de la vie animale.

"Le moment de l'initiation, la durée et la progression de cette transgression d'importance mondiale (Sauk) ont été largement débattues, ainsi que les connexions possibles entre la tectonique, climatique, et les « déclencheurs » géochimiques de l'évolution animale précoce, " a déclaré Karlstrom. " Le modèle privilégié dans le nouveau document est que le rifting final du supercontinent de Rodinia a causé l'affaissement de l'Amérique du Nord et que la transgression de Sauk a eu lieu rapidement 505-500 Ma à travers le sud-ouest de la Laurentie et les continents rifts voisins sur les talons de affaissement du fossé."

Aux scientifiques et non-scientifiques intéressés par la géologie du Grand Canyon, le papier redéfinit les couches rocheuses du Grand Canyon et clarifie l'âge, la nature, et l'échelle de temps géologiquement abrupte de l'inondation des continents par les océans qui a eu lieu il y a 505 à 500 millions d'années (transgression du groupe Tonto Sauk II). Il montre que cet événement était plus tardif et donc pas la cause de la diversification de la vie animale précoce, mais il ouvre de nouvelles questions sur les causes des premières radiations et extinctions des trilobites et leur évolution ponctuée qui pourraient-elles avoir été entraînées par Sauk I et II changements globaux du niveau de la mer ou de la chimie des océans.

"Cette recherche, qui impliquait un groupe incroyable de collaborateurs, et le soutien de nombreux étudiants diplômés, fournit une révision marquée de la stratigraphie classique du Grand Canyon en montrant que la formation Sixtymile n'est pas précambrienne, mais est du milieu à la fin du Cambrien, " a déclaré Crossey. " La transgression rapide est interprétée comme ayant été provoquée par l'affaissement le long de la marge riftée et par l'élévation brutale du niveau de la mer qui en résulte à travers un continent qui s'affaisse.

En plus de Karlstrom et Crossey, l'équipe de collaboration internationale comprenait le stratigraphe-paléontologue James Hagadorn du Denver Museum of Natural History; géochronologues George Gehrels, Mark Pecha et Nicky Geisler de l'Université d'Arizona, Mark Schmitz de l'Université d'État de Boise, William Matthews et Lauren Madronich de l'Université de Calgary; et post-doctorant Jacob Mulder de l'Université Monash, Australie.

"Aucun de nous n'était là pour assister aux changements, mais les roches fournissent un enregistrement des changements, une fois que nous avons appris à les lire, " ajouta Karlstrom. " Encore une fois, Le laboratoire géologique bien exposé du Grand Canyon offre des percées d'importance mondiale pour comprendre l'histoire de notre planète et l'évolution de la vie."