stringtranslate.com

Хадейский

Гадей ( / h eɪ ˈ d iː ə n , ˈ h eɪ d iə n / hay- DEE -ən, HAY -dee-ən ) является первым и самым древним из четырех известных геологических эонов истории Земли , начавшимся с образования планеты около 4,6  млрд лет назад [3] [4] (оценивается 4567,30 ± 0,16 млн лет назад [ 1], установленным по возрасту самого старого твердого материала в Солнечной системе , обнаруженного в некоторых метеоритах возрастом около 4,567 млрд лет [5] ), и закончившимся 4,031 млрд лет назад. Межпланетное столкновение , которое создало Луну, произошло в начале этого эона. Гадейский эон сменился архейским эоном , при этом поздняя тяжелая бомбардировка предположительно произошла на границе гадея и архея.

Гадейские породы встречаются очень редко и в основном состоят из зернистых цирконов из одного места ( Джек Хиллс ) в Западной Австралии . [6] Геофизические модели Гадея остаются спорными среди геологов : тектоника плит и рост кратонов в континенты могли начаться в Гадее, но неопределенность все еще существует. [7] [8] [9]

Земля в раннем гадее имела очень плотную, богатую гидридами атмосферу , состав которой, вероятно, напоминал солнечную туманность и газовые гиганты , в основном с водяным паром , метаном и аммиаком . По мере охлаждения поверхности Земли испаряющаяся атмосферная вода конденсировалась в жидкую воду , и в конечном итоге образовался суперокеан, покрывающий почти всю планету, превратив Землю в планету-океан . Вулканическая дегазация и бомбардировки астероидами в конечном итоге изменили атмосферу гадея, превратив ее в богатую азотом и углекислым газом , слабо восстанавливающую палеоархейскую атмосферу .

Этимология

Название эона «Гадей» происходит от имени Аида , греческого бога подземного мира ( чье имя также используется для описания самого подземного мира), что указывает на адские условия, царившие на ранней Земле : планета только что сформировалась в результате недавней аккреции , и ее поверхность все еще была покрыта расплавленной перегретой лавой из-за этого, обилия короткоживущих радиоактивных элементов и частых столкновений с другими телами Солнечной системы.

Термин был придуман американским геологом Престоном Клаудом , первоначально для обозначения периода до появления самых ранних известных горных пород на Земле. [10] [11] Позже У. Б. Харланд придумал почти синонимичный термин, Прискоанский период , от priscus , латинского слова, означающего «древний». [12] Другие, более старые тексты называют этот эон доархейским . [ 13] [14]

Рок-знакомства

До 1980-х годов и открытия гадейских литических фрагментов научные описания ранних объяснений Земли почти полностью находились в руках геодинамических моделей. [15]

Электронная микрофотография обратного рассеяния детритовых цирконов из метаосадочных пород гадейского возраста (4,404 ± 0,008 млрд лет) в районе Джек-Хиллз , террейн Нарриер-Гнейс , Западная Австралия

В последние десятилетия 20-го века геологи идентифицировали несколько пород гадеевского периода в западной Гренландии , северо-западной Канаде и Западной Австралии . В 2015 году следы углеродных минералов, интерпретируемых как «остатки биотической жизни », были обнаружены в породах возрастом 4,1 миллиарда лет в Западной Австралии. [16] [17]

Древнейшие датированные кристаллы циркона , заключенные в метаморфизованном песчаниковом конгломерате в Джек-Хиллс террейна Нарриер-Гнейс в Западной Австралии, датируются 4,404 ± 0,008 млрд лет . [18] Этот циркон является небольшим исключением, а древнейший последовательно датированный циркон имеет возраст ближе к 4,35 млрд лет [18] — примерно через 200 миллионов лет после предполагаемого времени образования Земли .

Во многих других областях ксенокристаллы (или реликты) хадейских цирконов, заключенные в более древних породах, указывают на то, что более молодые породы образовались на более древних террейнах и включили в себя часть более древнего материала. Один пример встречается на Гвианском щите из формации Ивокрама на юге Гайаны, где ядра циркона были датированы 4,22 млрд лет. [19]

Атмосфера

Значительное количество воды могло бы быть в материале, который сформировал Землю. [20] Молекулы воды могли бы легче избегать гравитации Земли, когда планета была менее массивной во время своего формирования. Фотодиссоциация коротковолновым ультрафиолетом солнечного света могла бы расщепить молекулы воды на поверхности на кислород и водород , первый из которых мог бы быть легко удален тогдашней восстановительной атмосферой , в то время как последний (вместе с таким же легким гелием ), как ожидается, будет постоянно покидать атмосферу (как это происходит и по сей день) из-за атмосферного улетучивания .

Предполагается, что часть древней планеты была разрушена ударом , создавшим Луну , что должно было вызвать расплавление одного или двух крупных регионов Земли. Современный состав Земли предполагает, что не было полного переплавления, поскольку трудно полностью расплавить и перемешать огромные массы горных пород. [21] Однако значительная часть материала должна была испариться в результате этого удара. Материал должен был сконденсироваться в течение 2000 лет. [22] Первоначальный океан магмы затвердел в течение 5 миллионов лет, [23] оставив после себя горячие летучие вещества, которые, вероятно, привели к образованию тяжелого CO2атмосфера с водородом и водяным паром . Первоначальная тяжелая атмосфера имела температуру поверхности 230 °C (446 °F) и атмосферное давление выше 27 стандартных атмосфер . [22]

Океаны

Исследования цирконов показали, что жидкая вода могла существовать между 4,0 и 4,4 миллиардами лет назад, вскоре после образования Земли. [18] [24] Океаны с жидкой водой существовали, несмотря на высокую температуру поверхности, потому что при атмосферном давлении в 27 атмосфер вода остается жидкой даже при таких высоких температурах. [22]

Наиболее вероятным источником воды в Гадейском океане была дегазация из мантии Земли . [25] Бомбардировочное происхождение значительного количества воды маловероятно из-за несовместимости изотопных фракций между Землей и кометами. [20]

Удары астероидов во время хадея и в архей периодически нарушали океан. Геологические записи от 3,2 млрд лет назад содержат свидетельства множественных ударов объектов диаметром до 100 километров (62 мили). [26] Каждый такой удар мог бы вызвать испарение до 100 метров (330 футов) мирового океана и временно повысить температуру атмосферы до 500 °C (932 °F). [26] Однако частота ударов метеоритов все еще изучается: Земля могла пережить длительные периоды, когда жидкие океаны и жизнь были возможны. [24]

Жидкая вода поглощала углекислый газ в ранней атмосфере; этого было бы недостаточно, чтобы существенно сократить количество CO
2. [22]

Тектоника плит

Эволюция континентальной коры и глубин океана (из Korenaga, 2021) [6]

Исследование цирконов, проведенное в 2008 году, показало, что австралийские гадейские породы содержат минералы, указывающие на существование тектоники плит еще 4 миллиарда лет назад (примерно 600 миллионов лет после образования Земли). [27] Однако некоторые геологи предполагают, что цирконы могли быть образованы в результате падения метеоритов. [28] Прямые доказательства геологии гадея по цирконам ограничены, поскольку цирконы в основном собраны в одном месте в Австралии. [6] [29] Геофизические модели недостаточно ограничены, но могут нарисовать общую картину состояния Земли в гадее. [6] [30]

Конвекция мантии в гадее, вероятно, была интенсивной из-за более низкой вязкости . [6] Более низкая вязкость была обусловлена ​​высоким уровнем радиогенного тепла и тем фактом, что вода в мантии еще не полностью дегазировалась. [31] Привела ли интенсивная конвекция к тектонике плит в гадее или была ограничена жесткой крышкой, все еще остается предметом споров. [6] [9] [29] [32] Считается, что наличие гадейских океанов вызвало тектонику плит. [33]

Субдукция , вызванная тектоникой плит, могла привести к удалению карбоната из ранних океанов, способствуя удалению CO2 .
2-богатая ранняя атмосфера. Удаление этой ранней атмосферы является свидетельством тектоники плит Гадея. [34]

Если бы тектоника плит произошла в хадее, она бы сформировала континентальную кору . [35] Различные модели предсказывают разное количество континентальной коры во время хадея. [8] Работа Дхиуме и др. предсказывает, что к концу хадея континентальная кора имела только 25% сегодняшней площади. [7] Модели Коренаги и др. предсказывают, что континентальная кора выросла до современного объема где-то между 4,2 и 4,0 Гя . [35] [36]

Континенты

Количество открытой суши в хадее лишь в некоторой степени зависит от количества континентальной коры: оно также зависит от уровня океана. [6] В моделях, где тектоника плит началась в архее, на Земле в хадее есть глобальный океан. [37] [38] Высокая температура мантии могла затруднить поддержание высоких высот в хадее. [39] [40] Если континенты действительно образовались в хадее, их рост конкурировал с выделением воды из мантии. [6] Континенты могли появиться в середине хадея, а затем исчезнуть под толстым слоем океана к концу хадея. [41] Ограниченное количество суши имеет значение для происхождения жизни . [6]

Возможная жизнь

Сальдитт и др. показали, что обильные геотермальные микросреды , подобные гадейским , обладают потенциалом для поддержки синтеза и репликации РНК и, таким образом, возможно, эволюции примитивной формы жизни. [42] Было показано, что пористые системы горных пород, включающие нагретые интерфейсы воздух-вода , допускают катализируемую рибозимом репликацию РНК смысловых и антисмысловых цепей с последующей диссоциацией цепей, что позволяет осуществлять комбинированный синтез, высвобождение и сворачивание активных рибозимов. [42] Такая примитивная система РНК также могла подвергаться переключению цепей шаблона во время репликации ( генетическая рекомбинация ), как это происходит во время репликации РНК существующих коронавирусов . [43] Исследование, опубликованное в 2024 году, предполагает, что последний общий предок всей жизни появился во время гадейского периода, между 4,09 и 4,33 млрд лет назад. [44]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Cohen, Kim (октябрь 2022 г.). "Новое издание шкалы - 2022-10". Международная комиссия по стратиграфии . Получено 16 января 2023 г. 2022/10 - Хадей: GSSA установлена ​​в соответствии с ратификацией МСГН (5-10-2022). GSSA составляет 4567,30 ± 0,16 млн лет.
  2. ^ "Глобальная граница стратотипического разреза и точки". Международная комиссия по стратиграфии . Получено 29 октября 2023 г.
  3. ^ Dalrymple, G. Brent (2001). «Возраст Земли в двадцатом веке: проблема (в основном) решена». Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации . 190 (1): 205–221. Bibcode : 2001GSLSP.190..205D. doi : 10.1144/gsl.sp.2001.190.01.14. S2CID  130092094. Получено 2022-10-02 .
  4. ^ "Возраст Земли". Геологическая служба США. 1997. Архивировано из оригинала 23 декабря 2005 года . Получено 2022-10-03 .
  5. ^ Strachan, R.; Murphy, JB; Darling, J.; Storey, C.; Shields, G. (2020). «Precambrian (4.56–1 Ga)». В Gradstein, FM; Ogg, JG; Schmitz, MD; Ogg, GM (ред.). Geologic Time Scale 2020. Амстердам: Elsevier. стр. 482–483. doi :10.1016/B978-0-12-824360-2.00016-4. ISBN 978-0-12-824360-2. S2CID  229513433.
  6. ^ abcdefghi Korenaga, J (2021). «Была ли земля на ранней Земле?». Life . 11 (11): 1142. Bibcode : 2021Life ...11.1142K. doi : 10.3390/life11111142 . PMC 8623345. PMID  34833018. 
  7. ^ ab Dhuime, B; Hawkesworth, CJ; Cawood, PA; Storey, CD (2012). «Изменение геодинамики континентального роста 3 миллиарда лет назад». Science . 335 (6074): 1334–1336. Bibcode :2012Sci...335.1334D. doi :10.1126/science.1216066. PMID  22422979. S2CID  206538532.
  8. ^ ab Harrison, TM (2009). «Гадейская кора: свидетельства из цирконов возрастом > 4 Ga». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 37 (1): 479–505. Bibcode : 2009AREPS..37..479H. doi : 10.1146/annurev.earth.031208.100151.
  9. ^ ab Windley, BF; Kusky, T; Polat, A (2021). «Начало тектоники плит в эоархее». Precambrian Res . 352 : 105980. Bibcode : 2021PreR..35205980W. doi : 10.1016/j.precamres.2020.105980. S2CID  228993361.
  10. ^ Клауд, Престон (1972). «Рабочая модель примитивной Земли». American Journal of Science . 272 ​​(6): 537–548. Bibcode : 1972AmJS..272..537C. doi : 10.2475/ajs.272.6.537.
  11. ^ Bleeker, W. (2004). "Глава 10. К 'естественной' докембрийской шкале времени". В Gradstein, Felix M.; Ogg, James G.; Smith, Alan G. (ред.). Геологическая шкала времени . Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 145. ISBN 9780521786737.
  12. ^ "Priscoan". Oxford Living dictionaries . Архивировано из оригинала 29.11.2018.
  13. ^ Шоу, Д.М. (1975). Ранняя история Земли . Труды Института перспективных исследований НАТО. Лестер: John Wiley. С. 33–53. ISBN 0-471-01488-5.
  14. ^ Джарвис, Гэри Т.; Кэмпбелл, Ян Х. (декабрь 1983 г.). «Архейские коматииты и геотермы: решение кажущегося противоречия». Geophysical Research Letters . 10 (12): 1133–1136. Bibcode : 1983GeoRL..10.1133J. doi : 10.1029/GL010i012p01133.
  15. ^ Харрисон, Т. Марк (2020). Гадейская земля . Cham: Springer. стр. 4. ISBN 978-3030466862.
  16. ^ Боренштейн, Сет (19 октября 2015 г.). «Намеки на жизнь на том, что считалось пустыней на ранней Земле». Excite . Йонкерс, Нью-Йорк: Mindspark Interactive Network . Associated Press . Получено 20 октября 2015 г.
  17. ^ Белл, Элизабет А.; Бёнике, Патрик; Харрисон, Т. Марк; и др. (19 октября 2015 г.). «Потенциально биогенный углерод, сохранившийся в цирконе возрастом 4,1 миллиарда лет». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 112 (47). Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук : 14518–21. Bibcode : 2015PNAS..11214518B. doi : 10.1073/pnas.1517557112 . ISSN  1091-6490. PMC 4664351. PMID 26483481  . 
  18. ^ abc Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (2001). «Доказательства существования континентальной коры и океанов на Земле 4,4 млрд лет назад по данным детритовых цирконов». Nature . 409 (6817): 175–178. Bibcode :2001Natur.409..175W. doi :10.1038/35051550. PMID  11196637. S2CID  4319774.
  19. ^ Nadeau, Serge; Chen, Wei; Reece, Jimmy; Lachhman, Deokumar; Ault, Randy; Faraco, Maria; Fraga, Leda; Reis, Nelson; Betiollo, Leandro (2013-12-01). "Guyana: the Lost Hadean crust of South America?". Бразильский геологический журнал . 43 (4): 601–606. doi : 10.5327/Z2317-48892013000400002 .
  20. ^ ab Drake, Michael J. (апрель 2005 г.). «Происхождение воды на планетах земной группы». Meteoritics & Planetary Science . 40 (4): 519–527. Bibcode :2005M&PS...40..515J. doi : 10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x .
  21. ^ Тейлор, Г. Джеффри. «Происхождение Земли и Луны». Исследование Солнечной системы . НАСА. Архивировано из оригинала 8 марта 2015 г.
  22. ^ abcd Sleep, NH; Zahnle, K; Neuhoff, PS (2001). «Инициирование благоприятных поверхностных условий на самой ранней Земле». PNAS . 98 (7): 3666–3672. Bibcode :2001PNAS...98.3666S. doi : 10.1073/pnas.071045698 . PMC 31109 . PMID  11259665. 
  23. ^ Элкинс-Тантон, LT (2008). «Связанное затвердевание магматического океана и рост атмосферы на Земле и Марсе». Earth and Planetary Science Letters . 271 (1–4): 181–191. Bibcode : 2008E&PSL.271..181E. doi : 10.1016/j.epsl.2008.03.062.
  24. ^ ab Valley, John W.; Peck, William H.; King, Elizabeth M.; Wilde, Simon A. (апрель 2002 г.). "A Cool Early Earth". Geology . 30 (4): 351–354. Bibcode :2002Geo....30..351V. doi :10.1130/0091-7613(2002)030<0351:ACEE>2.0.CO;2. PMID  16196254. Архивировано из оригинала 2013-06-16 . Получено 2006-08-22 .
  25. ^ Рейс, HLS; Санчес, EAM (2020). «Докембрий». В Alderton, David; Elias, Scott (ред.). Энциклопедия геологии . Elsevier Science. стр. 30. ISBN 9780081029091.
  26. ^ ab Lowe, DR; Byerly, GR (2015). «Геологическая летопись частичного испарения океана, вызванного ударами гигантских астероидов, 3,29–3,23 миллиарда лет назад». Geology . 43 (6): 535–538. Bibcode : 2015Geo....43..535L. doi : 10.1130/G36665.1.
  27. ↑ Чанг, Кеннет (2 декабря 2008 г.). «Новая картина ранней Земли». The New York Times .
  28. ^ Кенни, ГГ; Уайтхаус, МДж; Камбер, БС; и др. (12 апреля 2016 г.). «Дифференцированные ударные расплавные листы могут быть потенциальным источником гадейского детритового циркона» . Получено 6 марта 2017 г.
  29. ^ ab Harrison, T. Mark (2020). Hadean Earth . Cham, Швейцария: Springer. Bibcode : 2020hade.book.....H. doi : 10.1007/978-3-030-46687-9. ISBN 978-3-030-46686-2. S2CID  128932829.
  30. ^ Коренага, Дж.; Планавски, Н. Дж.; Эванс, Д. А. Д. (2017). «Глобальный водный цикл и коэволюция внутренней и поверхностной среды Земли». Phil. Trans. R. Soc. A. 375 ( 2094): 20150393. Bibcode : 2017RSPTA.37550393K. doi : 10.1098/rsta.2015.0393. PMC 5394256. PMID 28416728.  S2CID 2958757  . 
  31. ^ Коренага, Дж. (2021). «Геодинамика Гадея и природа ранней континентальной коры». Precambrian Res . 359 : 106178. Bibcode : 2021PreR..35906178K. doi : 10.1016/j.precamres.2021.106178. S2CID  233441822.
  32. ^ Тан, М.; Чен, К.; Рудник, Р.Л. (2016). «Переход верхней архейской коры от мафической к фельзической знаменует начало тектоники плит». Science . 351 (6271): 372–375. Bibcode :2016Sci...351..372T. doi : 10.1126/science.aad5513 . PMID  26798012. S2CID  206643793.
  33. ^ Regenauer-Lieb, K; Yuen, DA; Branlund, J (2001). «Инициирование субдукции: критичность при добавлении воды?». Science . 294 (5542): 578–580. Bibcode :2001Sci...294..578R. doi :10.1126/science.1063891. PMID  11641494. S2CID  43547982.
  34. ^ Sleep, NH; Zahnle, KJ; Lupu, RE (2014). «Земные последствия удара, сформировавшего Луну». Phil. Trans. R. Soc. A. 372 ( 2024): 20130172. Bibcode : 2014RSPTA.37230172S. doi : 10.1098/rsta.2013.0172 . PMID  25114303. S2CID  6902632.
  35. ^ ab Guo, M; Korenaga, J (2020). «Ограничения аргона на раннем росте кислой континентальной коры». Science Advances . 6 (21): eaaz6234. Bibcode : 2020SciA....6.6234G. doi : 10.1126/sciadv.aaz6234. PMC 7314546. PMID  32671213 . 
  36. ^ Rosas, JC; Korenaga, J (2018). «Быстрый рост коры и эффективная переработка коры на ранней Земле: последствия для геодинамики гадея и архея». Earth Planet. Sci. Lett . 494 : 42–49. Bibcode :2018E&PSL.494...42R. doi : 10.1016/j.epsl.2018.04.051 . S2CID  13666395.
  37. ^ Рассел, М. Дж. (2021). ««Водная проблема», иллюзорный пруд и возникновение жизни на подводной лодке — обзор». Life . 11 (5): 429. Bibcode :2021Life...11..429R. doi : 10.3390/life11050429 . PMC 8151828 . PMID  34068713. 
  38. ^ Voosen, P (2021). «Древняя Земля была водным миром». Science . 371 (6534): 1088–1089. Bibcode :2021Sci...371.1088V. doi :10.1126/science.371.6534.1088. PMID  33707245. S2CID  232206926.
  39. ^ Монте, Дж.; Андро, Д.; Гитро, М.; Сэмюэль, Х.; Демуши, С. (2020). «Мягкая мантия Земли в течение более 500 млн лет после затвердевания магматического океана». Geophys. J. Int . 221 (2): 1165–1181. doi : 10.1093/gji/ggaa064 .
  40. ^ Рей, П. Ф.; Колтис, Н. (2008). «Неоархейское укрепление литосферы и связь геохимических резервуаров Земли». Геология . 36 (8): 635–638. Bibcode : 2008Geo....36..635R. doi : 10.1130/G25031A.1;.{{cite journal}}: CS1 maint: игнорируются ошибки DOI ( ссылка )
  41. ^ Bada, JL; Korenaga, J (2018). «Открытые области над уровнем моря на Земле >3,5 млрд лет назад: последствия для пребиотической и примитивной биотической химии». Life . 8 (4): 55. Bibcode :2018Life....8...55B. doi : 10.3390/life8040055 . PMC 6316429 . PMID  30400350. 
  42. ^ ab Salditt, A; Karr, L; Salibi, E; Le Vay, K; Braun, D; Mutschler, H (2023-03-17). "Рибозим-опосредованный синтез РНК и репликация в модельной гадейской микросреде". Nat. Commun . 14 (1): 1495. Bibcode :2023NatCo..14.1495S. doi :10.1038/s41467-023-37206-4. PMC 10023712 . PMID  36932102. 
  43. ^ Су, С; Вонг, Г; Ши, В; Лю, Дж; и др. (2016). «Эпидемиология, генетическая рекомбинация и патогенез коронавирусов». Trends Microbiol . 24 (6): 490–502. doi :10.1016/j.tim.2016.03.003. PMC 7125511. PMID  27012512 . 
  44. ^ Муди, Эдмунд; Альварес-Карретеро, Сандра; Махендрараджа, Тара (12 июля 2024 г.). «Природа последнего универсального общего предка и его влияние на раннюю земную систему». Nat. Ecol. Evol . 8 (9): 1654–1666. Bibcode :2024NatEE...8.1654M. doi : 10.1038/s41559-024-02461-1 . PMC 11383801 . PMID  38997462. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Хадей.