太古宙(Archean) ,(4000—2500Ma ) ,前 寒武纪 时代的第二个地质时期,时间划分为40亿年~25亿年,其底界的划分采用4030Ma ,该数据来源于在 加拿大 北部发现的地球上最古老的 地壳 型岩石记录 ,顶界年龄采用2420Ma ,该数据来源于前寒武纪时期全球大规模带状铁建造( BIF )时期和已知最早的全球 冰川 事件 中目前最精确的 同位素 测年。
太古宙时期形成的 地层 称为太古宇,也是最古老的地层,由于太古宙时期 地核 刚开始形成,大多数为零星地块经过长期的 构造运动 后并未形成标准的全球界线层型剖面和点位(金钉子),所以该命名为学术界公认的非正式国际标准分类命名单位。
太古宙前后持续了15亿年的时间,在此期间里, 地球 形成了薄而活动的原始 地壳 ,开始出现原始的大气层和 水圈 ,最早的 原核生物 也开始出现,如细菌和低等 蓝菌门 。
定名
代元划分
国际 地层学 委员会 将太古宙划分为始太古代、古太古代、中太古代、新太古代4个时期,其时间分界点分别为3600Ma、3200Ma、2800Ma。(2022年10月版本) ,该数据最早由1991年在英国 爱丁堡 举行的前寒武纪地层分会第九次会议提出,并于1992年的国际地质科学联合大会中所提交资料。
始太古代(Eo-archean )
4000 Ma- 3600Ma。代表性地区的岩石主要为西 格陵兰 Amitsoq(阿米索克) 片麻岩 和Isua(依苏亚)沉积变质 表壳岩 。4000Ma来源于地球上现存最古老的岩石 ,3600Ma为国际地科联前 寒武纪 地层 分会提出在全球内发现一定数量和规模的大于3600Ma的地质体,它们记录了3600Ma以前的沉积、火山沉积、 岩浆 、变质和变形等地质事件的演化过程 。
古太古代(Paleo-archean)
3600Ma-3200Ma。代表性地区的岩石主要有 澳大利亚 西部皮尔巴拉地块的 瓦拉伍纳群 (34.5亿年)、位于美国与 加拿大 边界 雷尼湖 的 科切钦格群 (30亿年以上)、中国的 冀东 黄柏峪变质 表壳岩 (35亿年左右)、鞍山陈台沟变质表壳岩及陈台沟 花岗石 (34亿年)。这些岩石的主要为陆源碎屑沉积及火山沉积的早期成岩阶段,随后又遭受了以角闪岩相为主的 变质作用 和强烈的构造变形作用,直至花岗岩、 英云闪长岩 的侵位,并包裹这些变质表壳岩。这些地质事件的发生、发展和演化阶段,代表了古太古代时期经历的一系列连续的、相互关联的地质事件组合。
中太古代(Meso-archean)
3000 Ma- 2800Ma。代表性地区的岩石主要有 加拿大 安大略省 的斯提普洛克群(28亿年)、北美 地台 的 科切钦格群 (30亿年)、阿比提比群(>30亿年)、西澳皮尔巴拉地块的 惠姆溪群 (29.5亿年) 中国的 迁西岩群 (30亿年)、 龙岗岩群 (29亿年)等等 。该阶段的岩石变质程度普遍较高,达高 角闪岩 相和麻粒岩相,且多以包体形式赋存在同构造期或后构造期的 花岗石 中,共同组成杂岩体。 在南非维特瓦特斯兰德超群(Witwatersran Supergroup)和潘高拉沉积(Pongola Sediments)等多个岩石群中发现含有在浅水砂质环境中繁殖的微生物活动的证据。
新太古代(Neo-archean)
2800 Ma- 2500Ma。代表性地区的岩石主要有 俄罗斯 科拉半岛的 科拉群 ( Kola Gr,27亿年), 加拿大 安大略省 的 卡迪拉克群 ( Cadillac Gr,27亿年),西澳皮尔巴拉地块的 乔治溪群 (Gorge Greek Gr)以及中国的 阜平岩群 (27亿年)、 乌拉山岩群 (25.2亿年)、 建平岩群 (25亿年)、清源岩群(28亿年)、 登封岩群 (25亿年)、 泰山岩群 (27亿年)等等。 大量的地质资料表明,在新太古代的时期,超级大陆的主体框架已经基本形成,许多重大地质一事件的地质记录保存尚好。 大氧化事件 使得 地球 的微生物生命迅速繁盛,也是太古宙绿岩带最发育的时期。
随着越来越多的资料出现以后,学术界对此有不同的争议并提出新的年代划分方案,该方案将太古代划分为古太古代、中太古代、新太古代三层,其时间界限分别为3500Ma、2800Ma, 其3500Ma来自于 澳大利亚 西部皮尔巴拉地块东部的 瓦拉伍纳群 (Warrawonna Gr),为在 地壳 岩石中保存较好的宏观生物化石( 叠层石 )的首次出现;2800Ma来自于 南非 的维特瓦特斯兰德超群(Witwatersran Supergroup)和 潘高拉沉积 (Pongola Sediments),这两个群体含有保存较好的陆生微生物群落的证据。
地质特征
地质
太古宙早期
太古宙早期 地球 的 岩石圈 即薄又软,火山活动频繁,不可能出现板块构造,但高温热流有利于全球的热点活动。地流热度不均形 成的地面热对流是版块 构造运动 的基础,板块运动造成 地壳 的变形、变质和 岩浆 活动。 海底板块的碰撞最终形成海岭或者 海沟 ,突破水面的 火山喷发 冷却后的花岗质岩浆则形成了零星的大陆,不断喷发的 岩浆岩 使得 大陆地壳 不断增长。
太古宙中期
太古宙中期是一个相对平衡稳定的时期, 地球 在此期间形成了一层厚度不大的地壳,甚至与上层 地幔 尚未进行充分的分异。由于 地壳厚度较小,地壳厚度不均衡,幔源物质容易沿裂隙上行,更容易造成大规模的火山喷发和地壳版块运动。 熔岩 喷发形成的 火山岩 与 硬 砂岩 、 泥岩 一起变质形成了太古宙特有的地貌特征——绿岩带。 绿岩带 是线状到不规则状 向斜 形态的上壳岩系,约10-50公里宽,100-300公里长。它们常被部分为片麻状 英云 闪长岩 一奥长 花岗岩 、少部分为钾质花岗岩组成的深成侵入体包围。有几个绿岩带形成的时代是某些早太古代的克拉通(例如 津巴布韦 克拉通 和 卡普瓦尔克拉通盆地 ),但主要时期是出现在27-26亿年之间。
太古宙末期
太古宙末期的大陆板块内开始了全球性构造稳定期,也就是所谓的克拉通化。 小型 地壳 的不断增长形成了大陆板块,板块之间的相互作用使得板块边缘出现了褶皱形成造山带亦或是拉伸形成裂谷或者 海沟 ,而 板块中央的稳定地带则成为了稳定的克拉通区域。像北美的 加拿大地盾 、 南非 的卡普瓦尔克拉通,中国的 阴山山脉 — 燕山 造山带均是这一时期的典型表现。中国北方太古宙晚期的阜平运动(或称铁堡运动),是一次比较明显的构造运动,可能与肯诺雷运动相当。
矿产
太古宙时期也是很重要的成矿时期, 火山岩 与海水相互作用变质生成了太古宙的绿岩 地层 ,如中国的鞍山-本溪绿岩带、南非的巴伯顿绿岩带、 加拿大 苏必利尔省 绿岩带 、 刚果 东北部的绿岩带等等。 这些地层中 铁矿 与 石英 交互成层,呈条带状分布,品位较低,但层位稳定,储量较大,形成了大型及特大型的铁矿矿床;而 花岗石 侵入绿岩带中变质后有的部分则形成了石英脉金矿,如中国山东的招远金矿、 遵化市 金矿、苏必利尔金矿都是出自于太古宙时期的矿产。 频繁的 海底火山 活动带来的大量的铁矿物,太古宙时期中大气中含有丰富的CO 2 , CO 2 溶解于水中形成HCO 3 - ( 碳酸 ), 酸雨 和富含碳酸的海水增加了对岩石的溶解能力和搬 运能力,使得这些低价铁可以在海底堆积,而微生物的出现在海水中释放 氧气 使得低价铁氧化成为高价铁,最终变成了太古宙的重要矿产—— 磁铁矿 。
水圈
法国 学者Sobolev博士和其合作者对来自于 加拿大 安大略省 阿比提比群(Abitibi Gr)绿岩带的 科马提岩 (27亿年)进行研究,分析发现科马提岩源区中富含水份的结论。 同样从 科拉半岛 上的 片麻岩 中(35亿年)也检测出含有 石英岩 透镜 体,石英岩的原岩是 砂岩 ,是在水体环境中沉积形成的。 科马提岩是火成岩,这表明太古宙时期的 岩浆 中含有水份,科拉半岛的片麻岩则表明了在太古宙时期已经存在能汇集成足以形成 沉积岩 的水域条件。 学者们并以此推据,太古宙时期随着地表温度逐渐降低,大气中的 水蒸气 开始遇冷 凝结 ,并使得空气中的 硫化氢 、 氯化氢 等酸性物质溶于水中形成 酸雨 (太古宙晚期出现广泛 碳酸根 类 沉积物 ),酸雨降落地表之后汇集成为原始 水圈 。位于 格陵兰 岛 的“依苏阿上壳岩带” 上发现了可以证明水的存在的沉积岩和 枕状熔岩 等,同时发现枕状熔岩、 燧石 岩 等远洋性 沉积岩 按顺序堆积起来形成海洋的板块层序,这表明“依苏阿上壳岩带”此处早在38亿年前就有海洋存在。 :86 太古宙后期 藻类 大量发育,水中有机质含量不断增高,海水中PH值增高,碱性增强,并使 硅酸盐 类矿物质分解形成了 硅质岩 。
气候
太古宙的初期由于 地壳 较薄,火山频发的原因,时值的地表温度较高,热量较大,大气成分以 水蒸气 、 硫化氢 、 二氧化碳 、氨、 甲烷 、 氯化氢 为主,气候温暖潮湿。大洋的出现吸热作用不断加强,同时也去除了大气中的部分 温室气体 的含量,大气中 氧气 含量的增加,促使了生命的形成。 臭氧层 的形成,阻隔了 宇宙 中 紫外线 的进入,使得太古宙后期的地表温度下降,并开始了地球上第一次的 冰川 活动—— 大氧化事件 。
生命
温暖湿润的古 地球 气候是生命开始的基石,科学家们在 澳大利亚 西部距今约35亿年的瓦拉伍纳群(Warrawoona)的硅质 燧石 中发现了形似丝状 蓝菌门 的微体化石,它们被认为是现存世界上最早的生命存在的 化学 痕迹。他们与 现代 蓝藻 在形态上很相似,很可能是一类以太阳光为主要能源的自养物。碳、硫 同位素 测试也表明,在该地质时期已经有 蓝藻 、还原硫细菌等生物构成的原始 生物圈 。 而目前已知的全球最古老生命记录,是在 格陵兰 西部早太古代伊苏瓦绿岩带距今38.5亿年的变质沉积岩石中发现的富含轻碳同位素(C12)的碳颗粒,这种 碳化物 通常被认为是在生物作用下形成的,但目前在该地区尚未发现太古宙生命的形态遗迹化。 目前已报道发现太古宙生命遗迹的地区只有三处,分别是 格陵兰岛 istu绿岩带、 澳大利亚 西部 Pilbara克拉通和南非 Kaapvaal克拉通。 在整个太古宙时期里,生命的进化只形成了单 细胞 的 原核生物 ,整个个体由一个细胞组成,没有 细胞核 ,呈棒状、带状、以及球状。这群原核生物可以附着在土壤上吸收养分并进行 光合作用 释放 氧气 从而进行分裂繁殖,形成了 叠层石 。