Hadaikum

Das Hadaikum ( / h eɪ ˈ d iː ə n , ˈ h eɪ d i ə n / hay- DEE -ən , HAY -dee-ən ) ist das erste und älteste der vier geologischen Äonen der Erdgeschichte . Es beginnt mit der Entstehung des Planeten vor etwa 4,6  Milliarden Jahren ^{[ 4 ] [ 5 ]} (geschätzt auf 4567,30 ± 0,16 Millionen Jahre ^{[ 1 ]} , festgelegt durch das Alter des ältesten festen Materials im Sonnensystem – protoplanetare Scheibenstaubpartikel –, die als Chondren und calcium-aluminiumreiche Einschlüsse in einigen Meteoriten vor etwa 4,567 Milliarden Jahren gefunden wurden) ^{[ 6 ] [ 1 ]} und endet vor 4,031 Milliarden Jahren, dem Alter der ältesten bekannten intakten Gesteinsformationen der Erde, wie von der Internationalen Kommission für Stratigraphie anerkannt . ^{[ 7 ]} Die interplanetare Kollision , die den Mond entstehen ließ , ereignete sich zu Beginn dieses Äons. Auf das Hadaikum folgte das Archaikum , wobei das späte schwere Bombardement vermutlich an der Grenze zwischen Hadaikum und Archaikum stattfand.

Hadaische Gesteine ​​sind sehr selten und bestehen größtenteils aus körnigen Zirkonen, die nur an einem einzigen Fundort ( Jack Hills ) in Westaustralien entdeckt wurden . ^{[ 8 ]} Die geophysikalischen Modelle des Hadaikums sind unter Geologen weiterhin umstritten : Plattentektonik und das Wachstum von Kratonen zu Kontinenten könnten im Hadaikum begonnen haben, doch bestehen noch immer Unsicherheiten. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Earth in the early Hadean had a very thick hydride-rich atmosphere whose composition likely resembled the solar nebula and the gas giants, with mostly water vapor, methane and ammonia. As the Earth's surface cooled, vaporized atmospheric water condensed into liquid water and eventually a superocean covering nearly all of the planet was formed, turning Earth into an ocean planet. Volcanicoutgassing and asteroidbombardments eventually altered the Hadean atmosphere into the nitrogen- and carbon dioxide-rich, weakly reducingPaleoarchean atmosphere.

The eon's name "Hadean" comes from Hades, the Greek god of the underworld, referring to the hellish conditions then prevailing on early Earth: the planet had just been formed from recent accretion, and its surface is thought to have been molten lava.

The term was coined by American geologist Preston Cloud, originally to label the period before the earliest known rocks on Earth.^[12][13]W. B. Harland later coined an almost synonymous term, the Priscoan period, from priscus, a Latin word for 'ancient'.^[14] Other, older texts refer to the eon as the Pre-Archean.^[15][16]

Prior to the 1980s and the discovery of Hadean lithic fragments, scientific narratives of the early Earth explanations were almost entirely in the hands of geodynamic modelers.^{[17]: 4}

In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts identifizierten Geologen einige Gesteine ​​aus dem Hadaikum in Westgrönland , Nordwestkanada und Westaustralien . Im Jahr 2015 wurden in 4,1 Milliarden Jahre alten Gesteinen in Westaustralien Spuren von Kohlenstoffmineralien gefunden, die als „Überreste biotischen Lebens “ interpretiert wurden. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Die ältesten datierten Zirkonkristalle , die in einem metamorphen Sandsteinkonglomerat in den Jack Hills des Narryer-Gneis-Terrans in Westaustralien eingeschlossen sind, datieren auf 4,404 ± 0,008 Ga . [ ^{20 ] Dieser} Zirkon stellt einen leichten Ausreißer dar, da der älteste durchgehend datierte Zirkon eher bei 4,35 Ga liegt ^{[ 20 ]} – etwa 200 Millionen Jahre nach dem hypothetischen Zeitpunkt der Erdentstehung .

In vielen anderen Gebieten deuten Xenokristalle (oder Relikte) hadäischer Zirkone, die in ältere Gesteine ​​eingeschlossen sind, darauf hin, dass jüngere Gesteine ​​auf älteren Terranen entstanden sind und einen Teil des älteren Materials aufgenommen haben. Ein Beispiel hierfür findet sich im Guyana-Schild aus der Iwokrama-Formation im südlichen Guyana, wo Zirkonkerne auf 4,22 Ga datiert wurden. ^{[ 21 ]}

Eine beträchtliche Menge Wasser wäre im Material enthalten gewesen, aus dem die Erde entstand. ^{[ 22 ]} Wassermoleküle hätten der Erdanziehungskraft leichter entkommen können, als der Planet bei seiner Entstehung weniger Masse besaß. Die Photodissoziation durch kurzwellige ultraviolette Strahlung im Sonnenlicht hätte Oberflächenwassermoleküle in Sauerstoff und Wasserstoff spalten können. Sauerstoff hätte in der damals reduzierenden Atmosphäre bereitwillig zu Verbindungen reagiert , während Wasserstoff (zusammen mit dem ähnlich leichten Helium ) aufgrund der atmosphärischen Entladung kontinuierlich aus der Atmosphäre entwichen wäre (wie es bis heute der Fall ist) .

Es wird angenommen, dass ein Teil des Urplaneten durch den Einschlag, der den Mond entstehen ließ , zerstört wurde. Dies hätte das Aufschmelzen einer oder zweier großer Erdregionen zur Folge haben sollen. Die heutige Zusammensetzung der Erde deutet darauf hin, dass es nicht zu einem vollständigen Wiederaufschmelzen kam, da es schwierig ist, riesige Gesteinsmassen vollständig aufzuschmelzen und zu vermischen. ^{[ 23 ]} Ein beträchtlicher Teil des Materials dürfte jedoch durch diesen Einschlag verdampft worden sein. Dieses Material kondensierte innerhalb von 2000 Jahren. ^{[ 24 ]} Der ursprüngliche Magmaozean erstarrte innerhalb von 5 Millionen Jahren ^{[ 25 ]} und hinterließ heiße, flüchtige Bestandteile, die wahrscheinlich zu einer hohen CO₂- Konzentration führten.₂Atmosphäre mit Wasserstoff und Wasserdampf . Die anfängliche schwere Atmosphäre hatte eine Oberflächentemperatur von 230 °C (446 °F) und einen Atmosphärendruck von über 27 Standardatmosphären . ^{[ 24 ]}

Untersuchungen an Zirkonen haben ergeben, dass flüssiges Wasser zwischen 4,0 und 4,4 Milliarden Jahren, also sehr kurz nach der Entstehung der Erde, existiert haben könnte. ^{[ 20 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Ozeane mit flüssigem Wasser existierten trotz der hohen Oberflächentemperatur, da Wasser bei einem Atmosphärendruck von 27 Atmosphären flüssig bleibt. ^{[ 24 ]}

Die wahrscheinlichste Quelle des Wassers im Hadaikum-Ozean war die Ausgasung aus dem Erdmantel . ^{[ 29 ]} Ein Ursprung eines substanziellen Teils des Wassers durch Bombardement ist aufgrund der Inkompatibilität der Isotopenverhältnisse zwischen Erde und Kometen unwahrscheinlich. ^{[ 22 ]}

Asteroideneinschläge im Hadaikum und Archaikum hätten die Ozeane periodisch gestört. Geologische Aufzeichnungen aus der Zeit vor 3,2 Milliarden Jahren belegen mehrere Einschläge von Objekten mit einem Durchmesser von bis zu 100 Kilometern. ^{[ 30 ]} Jeder dieser Einschläge hätte bis zu 100 Meter des globalen Ozeans verdampft und die atmosphärische Temperatur vorübergehend auf 500 °C erhöht. ^{[ 30 ]} Die Häufigkeit von Meteoriteneinschlägen wird jedoch weiterhin erforscht: Die Erde könnte lange Perioden durchlaufen haben, in denen flüssige Ozeane und Leben möglich waren. ^{[ 26 ]}

Das flüssige Wasser würde das Kohlendioxid in der frühen Atmosphäre absorbieren; dies allein würde jedoch nicht ausreichen, um die Menge an CO₂ wesentlich zu reduzieren.₂. ^{[ 24 ]}

Eine Studie aus dem Jahr 2008 an Zirkonen ergab, dass australisches Hadaikum Mineralien enthält, die auf die Existenz von Plattentektonik bereits vor 4 Milliarden Jahren (etwa 600 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde) hindeuten. ^{[ 31 ]} Einige Geologen vermuten jedoch, dass die Zirkone durch Meteoriteneinschläge entstanden sein könnten. ^{[ 32 ]} Die direkten Belege für die Geologie des Hadaikums anhand von Zirkonen sind begrenzt, da die Zirkone größtenteils an einem einzigen Fundort in Australien gesammelt wurden. ^{[ 8 ] [ 17 ]} Geophysikalische Modelle sind zwar noch nicht vollständig ausgereift, können aber ein allgemeines Bild des Zustands der Erde im Hadaikum zeichnen. ^{[ 8 ] [ 33 ]}

Die Mantelkonvektion im Hadaikum war aufgrund der geringeren Viskosität wahrscheinlich sehr stark . ^{[ 8 ]} Die geringere Viskosität war auf die hohe radiogene Wärme und die Tatsache zurückzuführen, dass das Wasser im Mantel noch nicht vollständig entgast war. ^{[ 34 ]} Ob die starke Konvektion im Hadaikum zur Plattentektonik führte oder durch eine starre Deckschicht eingeschränkt war, ist weiterhin Gegenstand der Diskussion. ^{[ 8 ] [ 11 ] [ 17 ] [ 35 ]} Man geht davon aus, dass die Existenz von Ozeanen im Hadaikum die Plattentektonik auslöste. ^{[ 36 ]}

Durch Subduktion infolge der Plattentektonik wurde Karbonat aus den frühen Ozeanen entfernt, was zur Entfernung des CO₂ beitrug.₂-reiche frühe Atmosphäre. Die Entfernung dieser frühen Atmosphäre ist ein Beleg für die Plattentektonik des Hadaikums. ^{[ 37 ]}

Wenn im Hadaikum Plattentektonik stattfand, hätte sich kontinentale Kruste gebildet . ^{[ 38 ]} Verschiedene Modelle sagen unterschiedliche Mengen an kontinentaler Kruste im Hadaikum voraus. ^{[ 10 ]} Die Arbeit von Dhiume et al. prognostiziert, dass die kontinentale Kruste am Ende des Hadaikums nur 25 % ihrer heutigen Fläche ausmachte. ^{[ 9 ]} Die Modelle von Korenaga et al. sagen voraus, dass die kontinentale Kruste zwischen 4,2 und 4,0 Milliarden Jahren vor heute auf ihr heutiges Volumen anwuchs . ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Die Menge an Land, die im Hadaikum freilag, hängt nur schwach von der Menge an kontinentaler Kruste ab; sie hängt auch vom Meeresspiegel ab. ^{[ 8 ]} In Modellen, in denen die Plattentektonik im Archaikum begann, gab es im Hadaikum einen globalen Ozean auf der Erde. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Die hohe Temperatur des Erdmantels könnte die Entstehung großer Erhebungen im Hadaikum erschwert haben. ^{[ 42 ] [ 43 ]} Falls sich im Hadaikum Kontinente bildeten, konkurrierte ihr Wachstum mit der Entgasung von Wasser aus dem Erdmantel. ^{[ 8 ]} Kontinente könnten in der Mitte des Hadaikums entstanden und dann bis zum Ende des Hadaikums unter einem mächtigen Ozean verschwunden sein. ^{[ 44 ]} Die begrenzte Landmenge hat Auswirkungen auf den Ursprung des Lebens . ^{[ 8 ]}

Salditt et al. zeigten, dass zahlreiche hadäische geothermische Mikroumgebungen das Potenzial besitzen, die Synthese und Replikation von RNA und damit möglicherweise die Evolution einer primitiven Lebensform zu ermöglichen. ^{[ 45 ]} Poröse Gesteinssysteme mit erhitzten Luft-Wasser-Grenzflächen ermöglichten die Ribozym - katalysierte RNA-Replikation von Sense- und Antisense-Strängen mit anschließender Strangdissoziation, wodurch die kombinierte Synthese, Freisetzung und Faltung aktiver Ribozyme ermöglicht wurde. ^{[ 45 ]} Eine 2024 veröffentlichte Studie datierte den letzten gemeinsamen Vorfahren allen heutigen Lebens auf das Hadaikum, vor 4,09 bis 4,33 Milliarden Jahren. ^{[ 46 ]}

Obwohl der frühe Teil des späten schweren Bombardements im Hadaikum stattfand, waren die Einschläge nur auf kosmischer Ebene häufig, mit Tausenden oder sogar Millionen von Jahren zwischen den einzelnen Ereignissen. Da die Erde bereits Ozeane besaß, wäre Leben zwar möglich gewesen, aber anfällig für Aussterbeereignisse, die durch diese Einschläge verursacht wurden. Das Risiko lag nicht in der Häufigkeit, sondern in der Größe des Impaktors, und Überreste auf dem Mond deuten auf Impaktoren hin, die größer waren als der Chicxulub-Impaktor , der das Aussterben der Dinosaurier verursachte .

• Chaotisches Zeitalter (Geologie)  – Vorgeschlagene Ära des Hadaikums
• Paradoxon der schwachen jungen Sonne  – Paradoxon bezüglich des Wassers auf der frühen Erde
• Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems
• Hadaischer Zirkon  – Ältestes erhaltenes Krustenmaterial aus dem Hadaikum
• Erdgeschichte  – Aufzeichnungen über die Entwicklung der Erde – die ersten Abschnitte beschreiben die Entstehung der Erde
• Älteste datierte Gesteine  ​​– Dazu gehören über 4 Milliarden Jahre alte Gesteine ​​aus dem Hadaikum
• Präkambrium  – Erdgeschichte vor 4600–539 Millionen Jahren
• Zeitleiste der Naturgeschichte

• Hopkins, Michelle; Harrison, T. Mark; Manning, Craig E. (2008). „Geringe Wärmeflussraten in >4 Milliarden Jahre alten Zirkonen deuten auf Wechselwirkungen an Plattengrenzen im Hadaikum hin“. Nature . 456 ( 7221): 493–496 . Bibcode : 2008Natur.456..493H . doi : 10.1038/nature07465 . PMID  19037314. S2CID  4417456 .
• Wyche, S.; Nelson, D. R.; Riganti, A. (2004). „4350–3130 Ma alte detritische Zirkone im Southern Cross Granit-Grünstein-Terran, Westaustralien: Implikationen für die frühe Entwicklung des Yilgarn-Kratons“. Australian Journal of Earth Sciences . 51 (1): 31–45 . Bibcode : 2004AuJES..51...31W . doi : 10.1046/j.1400-0952.2003.01042.x .
• Carley, Tamara L.; et al. (2014). „Island ist kein magmatisches Analogon zum Hadaikum: Belege aus dem Zirkonarchiv“. Earth and Planetary Science Letters . 405 (1): 85–97 . Bibcode : 2014E&PSL.405...85C . doi : 10.1016/j.epsl.2014.08.015 .
• Marchi, S.; et al. (2014). „Weitreichende Vermischung und Vergrabung der hadäischen Erdkruste durch Asteroideneinschläge“. Nature . 511 (7511): 578–582 . Bibcode : 2014Natur.511..578M . doi : 10.1038 / nature13539 . PMID  25079556. S2CID  205239647 .

• Peripatus.nz: Beschreibung des Hadaikums
• Hadaikum (chronostratigraphische Skala)