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太古宙
來源:互聯網

太古宙(Archean),(4000—2500Ma),前寒武紀時代的第二個地質時期,時間劃分為40億年~25億年,其底界的劃分采用4030Ma,該數據來源于在加拿大北部發現的地球上最古老的地殼型巖石記錄,頂界年齡采用2420Ma,該數據來源于前寒武紀時期全球大規模帶狀鐵建造(BIF)時期和已知最早的全球冰川事件中目前最精確的同位素測年。

太古宙時期形成的地層稱為太古宇,也是最古老的地層,由于太古宙時期地核剛開始形成,大多數為零星地塊經過長期的構造運動后并未形成標準的全球界線層型剖面和點位(金釘子),所以該命名為學術界公認的非正式國際標準分類命名單位。

太古宙前后持續了15億年的時間,在此期間里,地球形成了薄而活動的原始地殼,開始出現原始的大氣層和水圈,最早的原核生物也開始出現,如細菌和低等藍菌門

定名

代元劃分

國際地層學委員會將太古宙劃分為始太古代、古太古代、中太古代、新太古代4個時期,其時間分界點分別為3600Ma、3200Ma、2800Ma。(2022年10月版本),該數據最早由1991年在英國愛丁堡舉行的前寒武紀地層分會第九次會議提出,并于1992年的國際地質科學聯合大會中所提交資料。

始太古代(Eo-archean )

4000Ma-3600Ma。代表性地區的巖石主要為西格陵蘭Amitsoq(阿米索克)片麻巖和Isua(依蘇亞)沉積變質表殼巖。4000Ma來源于地球上現存最古老的巖石,3600Ma為國際地科聯前寒武紀地層分會提出在全球內發現一定數量和規模的大于3600Ma的地質體,它們記錄了3600Ma以前的沉積、火山沉積、巖漿、變質和變形等地質事件的演化過程。

古太古代(Paleo-archean)

3600Ma-3200Ma。代表性地區的巖石主要有澳大利亞西部皮爾巴拉地塊的瓦拉伍納群(34.5億年)、位于美國與加拿大邊界雷尼湖的科切欽格群(30億年以上)、中國的冀東黃柏峪變質表殼巖(35億年左右)、鞍山陳臺溝變質表殼巖及陳臺溝花崗石(34億年)。這些巖石的主要為陸源碎屑沉積及火山沉積的早期成巖階段,隨后又遭受了以角閃巖相為主的變質作用和強烈的構造變形作用,直至花崗巖、英云閃長巖的侵位,并包裹這些變質表殼巖。這些地質事件的發生、發展和演化階段,代表了古太古代時期經歷的一系列連續的、相互關聯的地質事件組合。

中太古代(Meso-archean)

3000Ma-2800Ma。代表性地區的巖石主要有加拿大安大略省的斯提普洛克群(28億年)、北美地臺的科切欽格群(30億年)、阿比提比群(>30億年)、西澳皮爾巴拉地塊的惠姆溪群(29.5億年) 中國的遷西巖群(30億年)、龍崗巖群(29億年)等等。該階段的巖石變質程度普遍較高,達高角閃巖相和麻粒巖相,且多以包體形式賦存在同構造期或后構造期的花崗石中,共同組成雜巖體。在南非維特瓦特斯蘭德超群(Witwatersran Supergroup)和潘高拉沉積(Pongola Sediments)等多個巖石群中發現含有在淺水砂質環境中繁殖的微生物活動的證據。

新太古代(Neo-archean)

2800Ma-2500Ma。代表性地區的巖石主要有俄羅斯科拉半島的科拉群(Kola Gr,27億年),加拿大安大略省的卡迪拉克群(Cadillac Gr,27億年),西澳皮爾巴拉地塊的喬治溪群(Gorge Greek Gr)以及中國的阜平巖群(27億年)、烏拉山巖群(25.2億年)、建平巖群(25億年)、清源巖群(28億年)、登封巖群(25億年)、泰山巖群(27億年)等等。大量的地質資料表明,在新太古代的時期,超級大陸的主體框架已經基本形成,許多重大地質一事件的地質記錄保存尚好。大氧化事件使得地球的微生物生命迅速繁盛,也是太古宙綠巖帶最發育的時期。

隨著越來越多的資料出現以后,學術界對此有不同的爭議并提出新的年代劃分方案,該方案將太古代劃分為古太古代、中太古代、新太古代三層,其時間界限分別為3500Ma、2800Ma, 其3500Ma來自于澳大利亞西部皮爾巴拉地塊東部的瓦拉伍納群(Warrawonna Gr),為在地殼巖石中保存較好的宏觀生物化石(疊層石)的首次出現;2800Ma來自于南非的維特瓦特斯蘭德超群(Witwatersran Supergroup)和潘高拉沉積(Pongola Sediments),這兩個群體含有保存較好的陸生微生物群落的證據。

地質特征

地質

太古宙早期

太古宙早期地球的巖石圈即薄又軟,火山活動頻繁,不可能出現板塊構造,但高溫熱流有利于全球的熱點活動。地流熱度不均形成的地面熱對流是版塊構造運動的基礎,板塊運動造成地殼的變形、變質和巖漿活動。海底板塊的碰撞最終形成海嶺或者海溝,突破水面的火山噴發冷卻后的花崗質巖漿則形成了零星的大陸,不斷噴發的巖漿巖使得大陸地殼不斷增長。

太古宙中期

太古宙中期是一個相對平衡穩定的時期,地球在此期間形成了一層厚度不大的地殼,甚至與上層地幔尚未進行充分的分異。由于地殼厚度較小,地殼厚度不均衡,幔源物質容易沿裂隙上行,更容易造成大規模的火山噴發和地殼版塊運動。熔巖噴發形成的火山巖與硬砂巖、泥巖一起變質形成了太古宙特有的地貌特征——綠巖帶。綠巖帶是線狀到不規則狀向斜形態的上殼巖系,約10-50公里寬,100-300公里長。它們常被部分為片麻狀英云閃長巖一奧長花崗巖、少部分為鉀質花崗巖組成的深成侵入體包圍。有幾個綠巖帶形成的時代是某些早太古代的克拉通(例如津巴布韋克拉通和卡普瓦爾克拉通盆地),但主要時期是出現在27-26億年之間。

太古宙末期

太古宙末期的大陸板塊內開始了全球性構造穩定期,也就是所謂的克拉通化。小型地殼的不斷增長形成了大陸板塊,板塊之間的相互作用使得板塊邊緣出現了褶皺形成造山帶亦或是拉伸形成裂谷或者海溝,而 板塊中央的穩定地帶則成為了穩定的克拉通區域。像北美的加拿大地盾南非的卡普瓦爾克拉通,中國的陰山山脈燕山造山帶均是這一時期的典型表現。中國北方太古宙晚期的阜平運動(或稱鐵堡運動),是一次比較明顯的構造運動,可能與肯諾雷運動相當。

礦產

太古宙時期也是很重要的成礦時期,火山巖與海水相互作用變質生成了太古宙的綠巖地層,如中國的鞍山-本溪綠巖帶、南非的巴伯頓綠巖帶、加拿大蘇必利爾省綠巖帶、剛果東北部的綠巖帶等等。這些地層中鐵礦石英交互成層,呈條帶狀分布,品位較低,但層位穩定,儲量較大,形成了大型及特大型的鐵礦礦床;而花崗石侵入綠巖帶中變質后有的部分則形成了石英脈金礦,如中國山東的招遠金礦、遵化市金礦、蘇必利爾金礦都是出自于太古宙時期的礦產。頻繁的海底火山活動帶來的大量的鐵礦物,太古宙時期中大氣中含有豐富的CO2, CO2溶解于水中形成HCO3-(碳酸),酸雨和富含碳酸的海水增加了對巖石的溶解能力和搬 運能力,使得這些低價鐵可以在海底堆積,而微生物的出現在海水中釋放氧氣使得低價鐵氧化成為高價鐵,最終變成了太古宙的重要礦產——磁鐵礦

水圈

法國學者Sobolev博士和其合作者對來自于加拿大安大略省阿比提比群(Abitibi Gr)綠巖帶的科馬提巖(27億年)進行研究,分析發現科馬提巖源區中富含水份的結論。同樣從科拉半島上的片麻巖中(35億年)也檢測出含有石英巖透鏡體,石英巖的原巖是砂巖,是在水體環境中沉積形成的。科馬提巖是火成巖,這表明太古宙時期的巖漿中含有水份,科拉半島的片麻巖則表明了在太古宙時期已經存在能匯集成足以形成沉積巖的水域條件。學者們并以此推據,太古宙時期隨著地表溫度逐漸降低,大氣中的水蒸氣開始遇冷凝結,并使得空氣中的硫化氫氯化氫等酸性物質溶于水中形成酸雨(太古宙晚期出現廣泛碳酸根沉積物),酸雨降落地表之后匯集成為原始水圈。位于格陵蘭島的“依蘇阿上殼巖帶”上發現了可以證明水的存在的沉積巖和枕狀熔巖等,同時發現枕狀熔巖、燧石巖等遠洋性沉積巖按順序堆積起來形成海洋的板塊層序,這表明“依蘇阿上殼巖帶”此處早在38億年前就有海洋存在。:86太古宙后期藻類大量發育,水中有機質含量不斷增高,海水中PH值增高,堿性增強,并使硅酸鹽類礦物質分解形成了硅質巖。

氣候

太古宙的初期由于地殼較薄,火山頻發的原因,時值的地表溫度較高,熱量較大,大氣成分以水蒸氣、硫化氫二氧化碳、氨、甲烷氯化氫為主,氣候溫暖潮濕。大洋的出現吸熱作用不斷加強,同時也去除了大氣中的部分溫室氣體的含量,大氣中氧氣含量的增加,促使了生命的形成。臭氧層的形成,阻隔了宇宙中紫外線的進入,使得太古宙后期的地表溫度下降,并開始了地球上第一次的冰川活動——大氧化事件

生命

溫暖濕潤的古地球氣候是生命開始的基石,科學家們在澳大利亞西部距今約35億年的瓦拉伍納群(Warrawoona)的硅質燧石中發現了形似絲狀藍菌門的微體化石,它們被認為是現存世界上最早的生命存在的化學痕跡。他們與 現代藍藻在形態上很相似,很可能是一類以太陽光為主要能源的自養物。碳、硫同位素測試也表明,在該地質時期已經有藍藻、還原硫細菌等生物構成的原始生物圈。而目前已知的全球最古老生命記錄,是在格陵蘭西部早太古代伊蘇瓦綠巖帶距今38.5億年的變質沉積巖石中發現的富含輕碳同位素(C12)的碳顆粒,這種碳化物通常被認為是在生物作用下形成的,但目前在該地區尚未發現太古宙生命的形態遺跡化。目前已報道發現太古宙生命遺跡的地區只有三處,分別是格陵蘭島 istu綠巖帶、澳大利亞西部 Pilbara克拉通和南非 Kaapvaal克拉通。在整個太古宙時期里,生命的進化只形成了單細胞原核生物,整個個體由一個細胞組成,沒有細胞核,呈棒狀、帶狀、以及球狀。這群原核生物可以附著在土壤上吸收養分并進行光合作用釋放氧氣從而進行分裂繁殖,形成了疊層石。

大事件

參考資料 >

國際地層年代表 2022年版.國際地層委員會.2022-11-03

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回望前寒武紀_中國地質調查局.中國地質調查局.2022-11-11

..2022-11-25

..2022-11-16

..2022-11-28

..2022-11-16

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..2022-11-16

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