冥古宙(4568~4030Ma),前寒武纪时代的第一个地质时期,在国际地层学委会发布的现行地质年代表中,提出其时间跨度约为距今46亿年前至40亿年前(即地球形成之初最早的6亿年),又被称为“地球的天文时期”。
该数据源自于《全球地质年代表2012》中前寒武纪年代地层划分,其底界45.68亿年这一数据来源于学者们对
太阳系最早形成年龄的限定,顶界40.30亿年来源于地球上迄今已知最古老地壳型岩石记录——来自加拿大地盾Acasta片麻岩的形成年龄。
但值得注意的是冥古宙是一个非正式地层单位,由于没有保存相应的地层记录,冥古宙与
太古宙之间的界限仅为一个计时性的年代界限,尚没有得到较好的定义。最初的冥古宙被定义为“从太阳形成之初最古老的而且得到确定测年的岩石年龄值为止”,而随着越来越多冥古宙时期的锆石晶体被发现,这一定义界限也变得越来越模糊,现阶段主流观点认为冥古宙为
地球形成到后期轰炸结束的时期。
随着科技水平的不断发展,探索技术的不断提升,越来越多关于冥古宙时期的遗迹被发现,例如加拿大Wopmay造山带(Acasta
片麻岩, 4016 Ma)、中国西藏普兰(石英片岩碎屑
锆石, 4103 Ma)、北秦岭(
奥陶纪火山石捕虏锆石,4079Ma)、北武夷龙泉(云母石英片岩碎屑锆石,4127Ma、4070Ma)、广西西大明山(寒武系
砂岩碎屑锆石, 4107Ma)、赣南加里东期(
花岗闪长岩锆石核,4039Ma)。这些地质群的发现可以为早期
地球的未知时代构建更好的年代框架,为原始
地壳和原始
地核的起源,初始
地幔、水、大气圈和海洋的形成以及陆壳、洋壳及生命起源等重大地质发展问题提供有力的理论依据。
代元划分
地质年代表2012中第一次将冥古宙分为两个“代”,并将其分别命名为“浑沌代”(chaotian)(4568~4404Ma,代表冥古宙早期)和“杰克山代”(JackHillian)或“锆石代”(Zirconian)(4404~4030Ma,代表冥古宙晚期)。
“浑沌代”(Chaotian)(4568~4404Ma):
冥古宙最早期,是指
地球、月球以及整个
太阳系最初形成时的无序与混沌的状态,其最著名的事件为巨型月球式的地球陨击事件,这便是“陨星撞击说”。学者们推论,在地球形成之初大约在45亿年前,有一颗与
火星大小相当的
天体撞上地球,使得地球高速旋转,并使地轴倾斜,撞击后产生的碎片在
引力的作用下最终汇聚形成了原始的月球。
阿波罗飞船登月后从月球各个岩石坑带回月岩样本,从样本中分析月岩
同位素与地球上的数值也基本相符从侧面验证其大碰撞假设的合理性。该天体后被命名为“Theia(
忒伊亚)”,该次撞击也被成为“忒伊亚撞击”或“大飞溅”。
“杰克山代”(JackHillian)或“锆石代”(Zirconian)(4404~4030Ma)
这一命名来自
澳大利亚西部YilgarnCraton的JackHill绿岩带、同位素年龄可达(4404±8)Ma的碎屑锆石,是目前已知
地球上
地壳的最古老物质记录,在此期间快速的地壳形成及循环,流星雨式轰击地球的事件持续发生。科学家在
加拿大西北领地阿卡斯塔河中一个面积不足0.5 km²的
小岛上发现了Acasta片麻岩,这是目前地球上最古老的岩石记录,并被认定为冥古宙的顶界面与
太古宙时期划分开来。
冥古宙时期的地球环境
初生地球
第一阶段—太阳初生
太阳系星云打破平衡状态,将星云中富集Ca-Al的耐熔包裹物(CAIs)以及不定型的
橄榄石聚合物吸引汇流进化形成
原恒星阶段。
第二阶段—漂浮物
太阳系中的
石陨石球粒及其细粒杂形成太阳系中自由漂浮的物体。
第三阶段—汇集
太阳系中的漂浮物经过随机的碰撞增生形成原始
行星星体,而此时的太阳系只是初具雏形,太阳系里有50~100个月球到
火星大小的行星
胚胎。
第四阶段—初生
行星胚胎经过
引力之间相互碰撞聚合形成原始行星体,其内核结构多为高
熔点的铁、、铝和石状
硅酸盐等,无法成为像
太阳那样的
恒星,并最终演化成为现今的
太阳系形态。
初始环境
地表地质
初生的
地球被
岩浆海所包裹,随着地球中心固态的金属内核和液态的金属外核的形成,使得地球内部上下温度变得不再均衡,从而形成了
地壳版块
地壳运动,这是大陆框架形成的必要条件之一。
在4500Ma左右,发生了形成月球的巨型
撞击事件;在该事件之后,地球从一个熔融硅酸盐物质的球体变为圈层分异的球体,即经历了一个具有
地核、
地幔、地壳以及大气圈与海洋的复杂分异作用和演变过程。
西
澳大利亚JackHill绿岩带的碎屑
锆石是目前地球上最古老的地壳物质。这表明在
地球形成之初的2亿年里,已经有地壳形成。
水
关于地球上水的起源,存在着两种主流观点。
学者们对ackHill绿岩带的碎屑
锆石进行研究,发现锆石内有存在水岩反应的痕迹,并以此推测推测地球在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、氨共同组成了最初的原始大气层,随着
地核系统的稳定,地表温度开始下降,大气中的水蒸气
凝结成雨滴降落到地表,在尚未到达地表之前被地表的
岩浆所蒸发,水蒸气的循环也带走了地表的部分热量从而形成循环,等到冥古宙时段的末期,地球已经形成了一个以海洋为主零星有陆地出现的蔚蓝色的星球。
原始大气
地表和微行星碰撞时会发生
液化,液化时岩石里的一些成分以气体的形式喷射出来,这一现象叫做“去气”。形成的气体会在地表逐渐累积,最终形成了一个富含CO2的大气圈。而随着4500Ma左右大型
撞击事件的发生,原始的大气圈被冲击力吹掉,产生了一个持续数百万年的
岩浆海洋以及一个富含
硅酸盐质
蒸汽的大气圈。