Гадейский эон: самое древнее время Земли

Введение

Геологический эон, 4567–4031 миллионов лет назад

Гаде́й (/h//eɪ/'d//iː//ə//n//, /'/eɪ//d//i//ə//n/ hayDEEən, HAYdeeən) — первый и самый древний из четырёх известных геологических эонов истории Земли, начиная с формирования планеты около 4,54 млрд лет назад, что сейчас определяется как (4567,30 ± 0,16) млн лет назад. Межпланетное столкновение, в результате которого образовалась Луна, произошло в начале этого эона. Гадей закончился 4,031 миллиарда лет назад и сменился архейским эоном. Предполагается, что поздняя тяжёлая бомбардировка произошла на границе гадея и архея. Породы гадейского периода крайне редки и в основном состоят из зернистых цирконов, найденных в одном местонахождении (Джек Хиллз) в Западной Австралии. Геофизические модели гадея остаются предметом споров среди геологов: по-видимому, тектоника плит и рост континентов могли начаться в гадейский период. В. Б. Харланд позднее предложил почти синонимичный термин — прискоанский период, от латинского слова *priscus*, означающего «древний». В более ранних текстах этот эон также называют доархейским.

Дата роковой датировки

В последние десятилетия XX века геологи выявили несколько пород гадейского периода в западной Гренландии, северо-западной Канаде и Западной Австралии. В 2015 году в западной Австралии, в породах возрастом 4,1 миллиарда лет, были обнаружены следы углеродных минералов, интерпретируемые как "остатки живых организмов". Самые древние датированные кристаллы циркона, заключенные в метаморфизованном песчаниковом конгломерате в районе Джек-Хиллз в Нариер-Гнесс-Террейне Западной Австралии, имеют возраст 4,404 ± 0,008 млрд лет. Этот циркон является небольшим исключением, при этом наиболее древний циркон, последовательно датированный, имеет возраст около 4,35 млрд лет.

Атмосфера

Значительное количество воды присутствовало в материале, из которого сформировалась Земля. Молекулы воды могли легче преодолевать земное притяжение, когда планета была менее массивной в процессе своего формирования. Фотодиссоциация коротковолновым ультрафиолетом в солнечном свете могла расщеплять молекулы поверхностной воды на кислород и водород, причем первый легко удалялся бы тогдашней восстановительной атмосферой, а второй (наряду с таким же легким гелием) предположительно постоянно покидал бы атмосферу (и по сей день) из-за атмосферной эскапирования. Предполагается, что часть древней планеты была разрушена ударом, создавшим Луну, что должно было привести к расплавлению одной или двух крупных областей Земли. Современный состав Земли указывает на то, что полного переплавления не произошло, поскольку полностью расплавить и перемешать огромные массы горных пород затруднительно. Однако значительная часть материала должна была испариться в результате этого удара. Материал сконденсировался в течение 2000 лет. Первоначальный океан магмы затвердел в течение 5 миллионов лет, оставив после себя горячие летучие вещества, что, вероятно, привело к формированию атмосферы, богатой водородом и водяным паром. Начальная плотная атмосфера имела температуру поверхности и атмосферное давление выше 27 стандартных атмосфер. Жидкие океаны существовали, несмотря на высокую температуру поверхности, поскольку при атмосферном давлении в 27 атмосфер вода остается жидкой даже при таких высоких температурах. Вероятность бомбардировочного происхождения значительного количества воды невелика из-за несовместимости изотопных соотношений между Землей и кометами. Каждый такой удар мог бы вызвать испарение до половины мирового океана и временно повысить температуру атмосферы до 500 °C (932 °F). Однако некоторые геологи предполагают, что цирконы могли образоваться в результате ударов метеоритов. Прямые свидетельства геологии Гадея, полученные из цирконов, ограничены, поскольку цирконы в основном собраны в одном местонахождении в Австралии. Конвекция мантии в гадейский период, вероятно, была интенсивной из-за более низкой вязкости. Остается предметом дискуссий, привела ли интенсивная конвекция к тектонике плит в гадейский период или была ограничена жесткой литосферой. Считается, что наличие гадейских океанов могло спровоцировать тектонику плит. Субдукция, вызванная тектоникой плит, могла удалить карбонат из ранних океанов, способствуя удалению богатой ранней атмосферы. Удаление этой ранней атмосферы является свидетельством тектоники плит Гадея. Если тектоника плит происходила в Гадее, она сформировала бы континентальную кору. Различные модели предсказывают разный объем континентальной коры в гадейский период. Работа Дьюма и др. предсказывает, что к концу Гадея площадь континентальной коры составляла всего 25% от современной. Модели Коренаги и др. предсказывают, что континентальная кора достигла современного объема где-то между 4,2 и 4,0 млрд лет назад.

A sizable quantity of water would have been in the material that formed Earth. Water molecules would have escaped Earth's gravity more easily when the planet was less massive during its formation. Photodissociation by short wave ultraviolet in sunlight could split surface water molecules into oxygen and hydrogen, the former of which would be readily removed by the then reducing atmosphere, while the latter (along with the similarly light helium) would be expected to continually leave the atmosphere (even to the present day) due to atmospheric escape. Part of the ancient planet is theorized to have been disrupted by the impact that created the Moon, which should have caused the melting of one or two large regions of Earth. Earth's present composition suggests that there was not complete remelting as it is difficult to completely melt and mix huge rock masses. However, a fair fraction of material should have been vaporized by this impact. The material would have condensed within 2,000 years. The initial magma ocean solidified within 5 million years, leaving behind hot volatiles which probably resulted in a heavy link=carbon dioxideCO2 atmosphere with hydrogen and water vapor. The initial heavy atmosphere had a surface temperature of and an atmospheric pressure of above 27 standard atmospheres. Liquid water oceans existed despite the high surface temperature, because at an atmospheric pressure of 27 atmospheres, water remains liquid even at those high temperatures. Bombardment origin of a substantial amount of water is unlikely, due to the incompatibility of isotope fractions between the Earth and comets. Each such impact would have boiled off up to of a global ocean, and temporarily raised the atmospheric temperature to 500 °C (932 °F). However, some geologists suggest that the zircons could have been formed by meteorite impacts. The direct evidence of Hadean geology from zircons is limited, because the zircons are largely gathered in one locality in Australia. Mantle convection in the Hadean was likely vigorous, due to lower viscosity. Whether the vigorous convection led to plate tectonics in the Hadean or was confined under a rigid lid is still a matter of debate. The presence of Hadean oceans are thought to trigger plate tectonics. Subduction due to plate tectonics would have removed carbonate from the early oceans, contributing to the removal of the rich early atmosphere. Removal of this early atmosphere is evidence of Hadean plate tectonics. If plate tectonics occurred in the Hadean, it would have formed continental crust. Different models predict different amounts of continental crust during the Hadean. The work of Dhiume et al. predicts that by the end of the Hadean, the continental crust had only 25% of today's area. The models of Korenaga, et al. predict that the continental crust grew to present day volume sometime between 4.2 and 4.0 Gya.

Континенты

Количество суши в Гадее лишь слабо зависит от количества континентальной коры: оно также зависит от уровня океана. Высокая температура мантии, вероятно, затрудняла поддержание значительных высот в гадейский период. Если континенты и формировались в Гадее, их рост конкурировал с дегазацией мантии. Ограниченное количество суши имеет последствия для возникновения жизни. Показано, что пористые горные породы, содержащие интерфейсы нагретого воздуха и воды, позволяют рибозим-катализируемой репликации смысловых и антисмысловых цепей РНК с последующей диссоциацией цепей, обеспечивая тем самым комбинированный синтез, высвобождение и сворачивание активных рибозимов.