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太古宙 (英語:Archean )又稱太古代 、始生代 ,是地球地质历史 中的第二个宙 ,上承冥古宙 ,下启元古宙 。太古宙可細分為始太古代 、古太古代 、中太古代 和新太古代 四个代 [ 1] ,始于約40億年前(由对月岩 的同位素年龄 确定)内太阳系 後期重轟炸期 结束[ 2] ,结束于25亿年前的休伦冰河時期 开始。地球的岩石圈 在太古宙时期开始逐渐稳定并可以保留至今,以超级海洋 为主的水圈 也彻底成形。由原核 微生物 菌落 组成的早期生物圈 也形成于太古宙。
定義
太古宙以最古老的岩石為定義,大約距今40億年。更早的時期則定義為冥古宙 。因此,若更早的岩石被發現,太古宙的定義即可往更古時代推,冥古宙 則會被縮短。
地质
太古宙开始时,地球的热流 是目前的三倍。太古宙结束时,地球的热流是目前的两倍。这些热量来自于行星吸积 形成地核 释放出的引力势能与当时丰度 更高的放射性元素衰变热。
现存的太古宙岩石大部分是变质岩 或火成岩 。當時的火山活动极其猛烈、普遍,甚至喷出罕见的科马提岩 ,因此残留至今的太古宙地壳以花岗岩 结晶为主,例如大面积熔岩 或深成岩 如花岗岩、二长岩 、闪长岩 、斜长岩 、讃岐岩 等。
太古宙早期的地球 可能有不同于现今形态的板块活动。一些学者认为当时地球的温度过高,板块運動 活跃,因此地殼再循環 更快,阻碍了克拉通 的形成直至地幔 降温对流减缓。另外的学者认为大洋岩石圈的浮力大以至于不能俯冲消减,而太古宙岩石的缺少是由于后来地质侵蚀作用。
一派地质学 家认为在太古宙末期以前大型大陆地壳并不存在,而当时剧烈的地质活动导致小型的原大陆(英語:protocontinent )不能联合在一起。另一部分以理查阿姆斯壯 为代表的地质学家认为在地球形成五亿年时就有了现在规模的大陆,此后大陆地壳 滑入地幔並維持著新地殼的誕生,使得板塊運動保持着平衡。怀疑大陆存在的学者认为,长英质 大陆板块形成于地幔热点 而不是俯冲带 。部分熔融的铁镁质 通过底闢 作用侵入地壳产生中性或长英质岩石。其他学者认为花岗岩質形成于俯冲带或聚合板塊邊緣 的地质活动,并在太古宙之初就开始了。
天体物理学家计算得到年輕太陽黯淡佯謬 ,太古宙时期太阳 的辐射热量输出仅为70–75%,但当时地球表面温度不低于目前水平。造成地球温室效应的原因仍没有公论。由于较少的陆地与云层覆盖,地球的球面反照率 可能更低。太古宙存在液态水,可以从沉积原岩 深度变质而形成的片麻岩 得以确证。
太古宙末期,板块构造活动可能已经类似于现今的地球,例如有完好保存的沉积盆地,以及火山弧 、陆内裂谷 、大陆 碰撞、全球范围的造山运动 等证据暗示超大陆的形成与解体的循环。大洋盆地存在的证据可以从条带状铁矿 、燧石 矿床、枕状玄武岩得以证实。
目前於地球表面发现的最古老岩石也形成于太古宙早期。在格陵兰 、加拿大地盾 、怀俄明克拉通 、波罗的地盾 、苏格兰 、印度 、巴西 、西澳大利亚 、南非 都有发现。太古宙岩石仅覆盖了現今全世界的克拉通大约7%面积。考虑此后的侵蚀与解体,現在約仅有5-40%的大陆地壳是在太古宙形成的。
生命
太古宙是地球生命史 的黎明时期。当时的地球主要是一个有极少陆地凸出水面的海洋行星 ,最早在深海 的海底热泉 周围开始形成由依赖化合作用 的古菌 和细菌 组成的原核 菌毯 ,其化石 形成的疊層石 可定年到35亿年前。之后用视黄醛 衍生物 (紫膜质 )和卟啉 衍生物(菌绿素 )进行不产氧光合作用 的早期光合自营 者出现,使得微生物 菌落 可以扩展到远离海底热泉的浅海带 和潮间带 。
在约34亿年前,可利用红蓝光谱 的光能 分解水分子 进行产氧光合作用 的蓝绿菌 出现并不断释放氧气 做为副产品 ,在之后十亿年间终于耗光了地表所有的还原剂 物质(包括亚铁 、硫磺 、甲烷 和硫化氢 )后使得游离态 氧气首次出现在海洋 和空气 中。这场大氧化事件 彻底改变了地球大气层 的化学成分,并且因为严重削弱了大气温室效应 从而引发了历时三亿年的全球性大冰期 ——休伦冰河期 。这次氧气浩劫严重摧残了当时主要以厌氧菌 为主的生物圈 ,但也为能自产抗氧化剂 的好氧菌 和依赖内共生 线粒体 进行有氧呼吸 的真核生物 在日后元古宙 的演化 奠定了基础。
參見
参考資料