冥古宙(4568~4030Ma),前寒武紀時代的第一個地質時期,在國際地層學委會發布的現行地質年代表中,提出其時間跨度約為距今46億年前至40億年前(即地球形成之初最早的6億年),又被稱為“地球的天文時期”。
該數據源自于《全球地質年代表2012》中前寒武紀年代地層劃分,其底界45.68億年這一數據來源于學者們對太陽系最早形成年齡的限定,頂界40.30億年來源于地球上迄今已知最古老地殼型巖石記錄——來自加拿大地盾Acasta片麻巖的形成年齡。
但值得注意的是冥古宙是一個非正式地層單位,由于沒有保存相應的地層記錄,冥古宙與太古宙之間的界限僅為一個計時性的年代界限,尚沒有得到較好的定義。最初的冥古宙被定義為“從太陽形成之初最古老的而且得到確定測年的巖石年齡值為止”,而隨著越來越多冥古宙時期的鋯石晶體被發現,這一定義界限也變得越來越模糊,現階段主流觀點認為冥古宙為地球形成到后期轟炸結束的時期。
隨著科技水平的不斷發展,探索技術的不斷提升,越來越多關于冥古宙時期的遺跡被發現,例如加拿大Wopmay造山帶(Acasta片麻巖, 4016?Ma)、中國西藏普蘭(石英片巖碎屑鋯石, 4103 Ma)、北秦嶺(奧陶紀火山石捕虜鋯石,4079Ma)、北武夷龍泉(云母石英片巖碎屑鋯石,4127Ma、4070Ma)、廣西西大明山(寒武系砂巖碎屑鋯石, 4107Ma)、贛南加里東期(花崗閃長巖鋯石核,4039Ma)。這些地質群的發現可以為早期地球的未知時代構建更好的年代框架,為原始地殼和原始地核的起源,初始地幔、水、大氣圈和海洋的形成以及陸殼、洋殼及生命起源等重大地質發展問題提供有力的理論依據。
代元劃分
地質年代表2012中第一次將冥古宙分為兩個“代”,并將其分別命名為“渾沌代”(chaotian)(4568~4404Ma,代表冥古宙早期)和“杰克山代”(JackHillian)或“鋯石代”(Zirconian)(4404~4030Ma,代表冥古宙晚期)。
“渾沌代”(Chaotian)(4568~4404Ma):
冥古宙最早期,是指地球、月球以及整個太陽系最初形成時的無序與混沌的狀態,其最著名的事件為巨型月球式的地球隕擊事件,這便是“隕星撞擊說”。學者們推論,在地球形成之初大約在45億年前,有一顆與火星大小相當的天體撞上地球,使得地球高速旋轉,并使地軸傾斜,撞擊后產生的碎片在引力的作用下最終匯聚形成了原始的月球。阿波羅飛船登月后從月球各個巖石坑帶回月巖樣本,從樣本中分析月巖同位素與地球上的數值也基本相符從側面驗證其大碰撞假設的合理性。該天體后被命名為“Theia(忒伊亞)”,該次撞擊也被成為“忒伊亞撞擊”或“大飛濺”。
“杰克山代”(JackHillian)或“鋯石代”(Zirconian)(4404~4030Ma)
這一命名來自澳大利亞西部YilgarnCraton的JackHill綠巖帶、同位素年齡可達(4404±8)Ma的碎屑鋯石,是目前已知地球上地殼的最古老物質記錄,在此期間快速的地殼形成及循環,流星雨式轟擊地球的事件持續發生。科學家在加拿大西北領地阿卡斯塔河中一個面積不足0.5 km2的小島上發現了Acasta片麻巖,這是目前地球上最古老的巖石記錄,并被認定為冥古宙的頂界面與太古宙時期劃分開來。
冥古宙時期的地球環境
初生地球
第一階段—太陽初生
太陽系星云打破平衡狀態,將星云中富集Ca-Al的耐熔包裹物(CAIs)以及不定型的橄欖石聚合物吸引匯流進化形成原恒星階段。
第二階段—漂浮物
太陽系中的石隕石球粒及其細粒雜形成太陽系中自由漂浮的物體。
第三階段—匯集
太陽系中的漂浮物經過隨機的碰撞增生形成原始行星星體,而此時的太陽系只是初具雛形,太陽系里有50~100個月球到火星大小的行星胚胎。
第四階段—初生
行星胚胎經過引力之間相互碰撞聚合形成原始行星體,其內核結構多為高熔點的鐵、、鋁和石狀硅酸鹽等,無法成為像太陽那樣的恒星,并最終演化成為現今的太陽系形態。
初始環境
地表地質
初生的地球被巖漿海所包裹,隨著地球中心固態的金屬內核和液態的金屬外核的形成,使得地球內部上下溫度變得不再均衡,從而形成了地殼版塊地殼運動,這是大陸框架形成的必要條件之一。
在4500Ma左右,發生了形成月球的巨型撞擊事件;在該事件之后,地球從一個熔融硅酸鹽物質的球體變為圈層分異的球體,即經歷了一個具有地核、地幔、地殼以及大氣圈與海洋的復雜分異作用和演變過程。
西澳大利亞JackHill綠巖帶的碎屑鋯石是目前地球上最古老的地殼物質。這表明在地球形成之初的2億年里,已經有地殼形成。
水
關于地球上水的起源,存在著兩種主流觀點。
學者們對ackHill綠巖帶的碎屑鋯石進行研究,發現鋯石內有存在水巖反應的痕跡,并以此推測推測地球在4.4Ga前可能已存在海洋。最初的地球上的水是以蒸汽的形式存在的,甲烷、水汽、氨共同組成了最初的原始大氣層,隨著地核系統的穩定,地表溫度開始下降,大氣中的水蒸氣凝結成雨滴降落到地表,在尚未到達地表之前被地表的巖漿所蒸發,水蒸氣的循環也帶走了地表的部分熱量從而形成循環,等到冥古宙時段的末期,地球已經形成了一個以海洋為主零星有陸地出現的蔚藍色的星球。
原始大氣
地表和微行星碰撞時會發生液化,液化時巖石里的一些成分以氣體的形式噴射出來,這一現象叫做“去氣”。形成的氣體會在地表逐漸累積,最終形成了一個富含CO2的大氣圈。而隨著4500Ma左右大型撞擊事件的發生,原始的大氣圈被沖擊力吹掉,產生了一個持續數百萬年的巖漿海洋以及一個富含硅酸鹽質蒸汽的大氣圈。
參考資料 >
早期的地球.地質云.2022-10-28
回望前寒武紀——講述早期地球的成長故事.中國地質調查局.2022-10-28