冥古代

冥古代

冥古代,有些科學家稱其為地球的天文時期、或地球的前地質時期、前太古代或原太古代。冥古代大致為公元前45億年至公元前38.5億年期間,為地球形成時期。這一時期地球歷史包括原始地殼、原始陸殼的性質和形成以及原始生命的形式和出現等複雜的問題。這期間,地球上無任何生命,也沒有水和土壤,整個地球表面均為裸露的岩石。在這個時代,稱為冥古代。

基本信息

簡介

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冥古宙(Hadean)是太古宙之前的一個宙,開始於地球形成之初,結束於38億年前,但依據不同的文獻可能有不同的定義。冥古宙最初是由普雷斯頓·克羅德(PrestonCloud)於1972年所提出的,原本是用來指已知最早岩石之前的時期。冥古宙的最後一個代對應為月球地質年代中的早雨海世,以月球的東海撞擊事件為結束時間(約為38.4億年),這也是內太陽系的後期重轟擊期的結束標誌。在整個冥古宙,地球從46億年前形成,從一個熾熱的岩漿球逐漸冷卻固化(計算表明僅需1億年),出現原始的海洋、大氣與陸地,但仍然是地質活動劇烈、火山噴發遍布、熔岩四處流淌,在41億年前到38億年前地球持續遭到了大量小行星與彗星的轟擊,根據同時期月球撞擊坑推算(月球面對地球的那一面的大部分大型盆地如危海、寧靜海、晴朗海、肥沃海和風暴海也都是於此一時期撞擊形成的),地球遭遇了撞擊,形成22000個或者更多的直徑大於20公里的撞擊坑;形成約40個直徑約1000公里的撞擊盆地;形成幾個直徑約5000公里的撞擊盆地;約每100年造成嚴重的環境破壞。

冥古宙在38億年前結束後,內太陽系不再有大規模撞擊事件,已知的地球最古老的岩石(位於北美克拉通蓋層的艾加斯塔片麻岩及西澳洲那瑞爾片麻岩層的傑克希爾斯部分)也定年在38億年前.

冥古代的硯石

格陵蘭的沉積層中含有帶狀鐵礦的地層。裡面可能含有有機碳,且這意味著那時很有可能已經出現可進行光合作用的生命了。但已知最古老的化石(於澳大利亞)是在那時的數億年之後了。大撞擊後期發生於冥古宙中,且對地球和月亮產生了影響。

因為這個時期的岩石几乎沒有保存到現在的,所以並沒有正式的細分。但月岩從40多億年前就比較好的保存下來,因此月球地質年代的某些主要劃分可參照用於地球的冥古宙劃代。

大氣層和海洋

在形成地球的物質當中,曾經存在過大量的水。在地球的形成時期,其質量比如今的小,水分子也就更容易掙脫重力。據推測,當時氫氣和氦氣在大氣層中持續不斷地逸散,然而,現時大氣中高密度的稀有氣體卻相對缺乏,這表明,在早期大氣層中可能發生過什麼劇變。
有理論認為,在地球的年輕時期,它的一部分曾受過撞擊而分裂,分裂出去的部分後來形成了月球。然而在這種說法下,撞擊應該會令一到兩個大區域融化,現時的組成成份卻與完全融化的假設並不相符,事實上也很難將巨大的岩石完全融化並混在一起。不過相當一部分的物質仍被此次撞擊所蒸發,在這顆年輕的行星周圍形成了一個由岩石蒸汽組成的大氣層。岩石蒸汽在兩千年間逐漸凝固,留下了高溫的易揮發物,之後有可能形成了一個混有氫氣和水蒸氣的高密度二氧化碳大氣層。另外儘管當時表面溫度有230℃,但液態的海洋依然能夠存在,這得益於CO2大氣層帶來的高氣壓。隨著冷凝過程繼續進行,海水通過溶解作用除去了大氣中的大部分CO2,不過其含量水平在新地層和地幔循環出現時產生了激烈的震盪。
對鋯石的研究發現,液態水必然已存在了有四十四億年之久,非常接近地球形成的時刻。這需要有大氣層的存在。

地理形成

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曾經有大量的水存在於形成地球的物質裡面。水分子在直到半逕到達現今尺度的百分之四十之前,都一直持續地逃離地球的重力。直到達至那一尺度後,水(和其他揮發性物質)才停留在地球上。氫氣和氦氣被認為會持續地從大氣層中外露出去,但在現今大氣層中的其他較重的惰性氣體卻亦極度稀少,故而猜測在早期的大氣層中可能有某些可怕的事情發生。有理論假設,年輕行星的部份曾被形成月球的撞擊撞裂,而應該會形成一個或兩個大區域的融化。現今的組成和完全的融化並不符,且要完全融化掉並混合大量的岩石也是很難的事情。但是,有一定量的物質則應該要因為此次撞擊而蒸發,並形成一個圍繞著年青行星的岩石蒸氣大氣層。岩石蒸氣在兩千萬年間逐漸凝固下來,而只留下火熱的揮發物,這可能產生了一個帶著氫氣和水蒸氣的龐大二氧化碳大氣層。液態的海洋亦會出現,儘管表面溫度還有兩百三十度之高,但二氧化碳大氣層巨大的大氣壓讓液態水得以存在。當大氣層持續地冷卻之後,散去及溶解于海洋之中使得大部份的二氧化碳從大氣層中消失掉,但只要新的地層和地函周期出現後,就會有巨大的變動。

地球剛形成時的第一個地質年代為冥古宙(HadeanEon),它的地質年代開始於地球的地殼形成時期並持續到大約38-35億年前。在冥古宙早期,地球上大氣冷卻和水分凝聚而形成海洋,在冥古宙後期,地球上開始了生命的起源,此生命跡象可從沈積在最古老的沉積岩(大約37-39億年前)中特殊的碳同位素研究所發現。在Pilbara Supergroup(位於澳洲西北)發現有藍藻沉積的頂燧石(Apexcherts),據推測此化石應有34億7000萬年的歷史,屬於地球上最早有生命記錄的古老化石。在冥古宙期間大氣層里只有含量少許的氧氣(因此只有非常少或者甚至沒有臭氧層(ozonelayer)的保護),所以紫外線輻射密集的擊中地球表面。

地球遭遇

形成22000個或者更多的直徑大於20公里的撞擊坑;
形成約40個直徑約1000公里的撞擊盆地;
形成幾個直徑約5000公里的撞擊盆地;
約每100年造成嚴重的環境破壞。

歷史演化

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冥古宙是地球的天文演化階段,其間地球經歷了無數次的隕石撞擊,火山活動頻繁。這個階段地球上沒有任何岩石,到處都是奔騰的岩漿。冥古宙的開始標誌著地球的形成。
地球的演化歷史可以分為四個巨大的發展階段:冥古宙、太古宙、元古宙和顯生宙。其中冥古宙(距今4600Ma年—3800Ma年前)和太古宙(距今3800Ma年前—2500Ma年前)與地球演化過程中生命化學進化的關係最為密切。冥古宙時期,大的天體碰撞事件使得有機分子都無法穩定存在,更談不上生命的誕生,但是這為以後生命的起源提供了強大的物質基礎。冥古宙後期(大約在40億年前左右),這種碰撞事件開始大幅減少,地球也慢慢冷卻下來,有機分子的大量合成也使得生命起源成為可能。地球上最古老的沉積岩大約有40多億年的歷史,也就是說,地球凝聚幾億年後才形成硬的地殼,生命才有了立足之地。位於加拿大北部的一組變質岩——Acasta片麻岩是已知最古老的、保存完好的地球表面一部分,放射性年代測定表明Acasta片麻岩有40億年的歷史。W.H.Peck等通過分析澳大利亞西部的地質斷層處的JackHills鋯石,更是認為世界上最古老的岩石大約形成於44億年前。

歷史特徵

在冥古宙末期可能已經出現了小規模的水圈。更有甚者,S.A.Wilde和S.J.Mojzsis通過研究由岩屑形成的鋯石中18O同位素的組成,結合其形成原因的分析,認為早在43-44億年前地球上就已經形成了陸地地殼和海洋。這些地球上早期的水可能來自45-38億年間彗星和小行星撞擊地球。水圈的存在,為生命的早期演化提供了條件,因此在冥古宙結束之前,生命演化很可能就已經開始了。
從地球誕生的45億年前到40億年前屬於地質學上的“冥古宙”,即所謂的“黑暗時代”。根據許多地質學家的傳統認識,地球表面在這段時期覆蓋著大量熔化的熔岩。但是,這批古老鑽石的發現向這一觀點發出了挑戰,它們的存在暗示地球冷卻的時間可能比之前想像的還要早。這項發現將有助於科學家進一步探測地球地殼的早期進化過程。研究小組成員澳大利亞哥廷理工大學化學家亞歷山大·尼莫欽稱,傑克-希爾地區是地球上唯一可以向我們提供地球形成信息的地區。

自然環境

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那時的地球就象一個巨大的岩漿球,火山爆發頻繁,表面覆蓋著熔化的岩漿海洋。隨著聚合在內部的水氣受熱上升,在高空冷卻成雲致雨。這場大雨連續不斷地下了足有幾百萬年,其中夾雜著一次次的閃電,岩石中的氮氫等元素被不斷的催化,逐漸的形成了氨基這種低級生命所必須的有機分子。隨著不間斷的雨水的侵入,地表漸漸地冷卻,胺基酸等大分子形成,原始大氣圈和海洋隨之誕生。

構想證實

冥古宙一詞最初是由普雷斯頓·克羅德於1972年所提出的,原本是用來指已知最早岩石之前的時期。
因為這個時期的岩石數據很少還存在於地球上,所以並沒有正式的細分。但月球的地質時代的某些主要區分是落在冥古宙這個時期的,所以有時會將這些區分用在指地球同一時間的時期上。
在20世紀的最後一個年代,地質學家從格陵蘭西部、加拿大西北部和西澳大利亞州里確認到了某些冥古宙的岩石。現已知最早岩石的結構(依蘇阿綠岩帶)是由格陵蘭有著約38億年歷史的沉積層,混著一點貫穿了岩石的火山岩脈所組成。零散的鋯石結晶沉積在西加拿大和西澳的傑克山中的沉積物里,最早的約有四十四億年之久的歷史,非常接近地球形成的推測時間。

不同時期

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CrypticEra(直譯是神秘時代)——4567.17 +/- 0.7百萬年前
冥古代的第一個階段,存在於距今大約456717萬年前(由於同位素測試的精度,這個值有正負70萬年的誤差)。關於這個時代人類目前幾乎一無所知,它的地質證據,如果曾經存在的話,也已經在整個冥古代持續不斷的天體轟炸中被摧毀了。地球是在這個階段成型的,地球的內部開始塌陷(就是密度較大的物質向球心集合,如果地球足夠大就會通過這個過程變成一顆恆星)而熔液表面則開始凝固。這一形成過程約長5000萬到一億年。目前已知的地球上最古老的物質產生於這個年代(距今44億年)。
BasinGroups(直譯是盆地群)——4150 - 4567.17年前
冥古代的第二個階段,這個階段持續到距今40億年前。這個階段可能因為地球表面的大量盆地得名。目前已知地球上最古老的岩石就形成於這個階段(39億6000萬年前,發現於加拿大西北部/36億5000萬到37億年前,發現於格陵蘭島西部)。
Nectarian(酒神代)——3975 - 4000年前
冥古代的第三個階段,這個階段只有短短的2500萬年,在這一階段發生了席捲太陽系內圈的天文轟炸,大量的天體撞擊地球,所以在這個階段,地球上應該還在不斷地產生新的盆地。
Nectarian 期間運行從3920百萬年前到3850百萬年前。這是期間的期間在 Nectaris 盆地由大形成。Ejecta 從Nectaris 形成上部的密集地cratered 地形被發現在月球高地。
從所有證據消失了,它被使用了作為一個非官方的期間的。疑義相似的事件未發生在地球上因為它比可觀地更大和巨型的。Swazian Early Imbrian ——3900 - 3975年前。

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