太古宙 （（前寒武纪时代的第二个地质时期））

简介

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。

定名

• 1872年，美国地质学家J.D.丹纳首先提出“太古”一词，用其大致代表北美的前寒武时期。

• 1976年，前寒武纪地层分会将太古宙作为标准年代单位。

• 1977年，国际地层委员会前寒武纪地层分会第四次会议，将太古的上界放在25亿年，并称之为太古宙。

• 1979年，国际地层委员会前寒武纪地层分会第五次会议提出将太古宙三分，其年代界限分别为35亿和29亿年。

• 1980年，美国地质协会（AGI）的“地质术语汇编”（Bates和Jackson,1980）指出太古宙是“前寒武纪时期相当于太古宇岩层形成的最早阶段”。

• 1991年，国际地层委员会前寒武纪地层分会第九次会议决议将太古宙4分，其年代自下而上划分分别为始太古代（小于36亿年）、古太古代（36亿年~32亿年）、中太古代（32亿年~28亿年）、新太古代（28亿年~25亿年）。

• 2008年，冥古宙作为非正式的年代单位列入国际地质年代表，并以40亿年为界限与太古宙划分开，至此太古宙的时代划分确定，并一直沿用至今。

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 ）

4000Ma-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岩（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）

3000Ma-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岩中，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）

2800Ma-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），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—燕山造山带均是这一时期的典型表现。

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(金)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；而花岗岩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、河北遵化金矿、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盐类沉积物），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。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细菌的微体化石，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。

大事件

1. 41亿-38亿年：月球晚期重轰击（Late Heavy Bombardment 简称LHB）——距今约3.8～4.1 Ga时段在月球和太阳系内部行星（包括地球、水星、金星、火星）上发现的大量陨石轰击事件。其证据主要来自月球撞击熔融岩石样品聚集在3.8 ～4.1 Ga的年龄数据。

2. 40.3亿年：阿卡斯塔（Acasta）片麻岩——地球上已知的最古老的岩石被发现。

3. 39.27±10Ma年：格陵兰东南极索尼山（Mount sones）的麻粒岩相英云闪长质片麻岩——世界上最老的表壳岩被发现。

4. 34.90亿年：瓦拉伍纳群(Warrawonna Gr)——最古老的宏观生物化石(叠层石)的首次出现。

5. 30.20亿年：南非卡普瓦尔克拉通“潘高拉超群”（Pongola Supergroup) ——陆源盆地的首次出现。

6. 38亿年：鞍山群（系）（Anshan GR）——中国太古宙最早地层被发现，并于1985年被命名。白家坟杂岩、陈台沟岩组皆属于鞍山群。

7. 30亿年：中国迁西岩群（Qianxi Gr）——中国太古代主要含铁建造之一于1974年被命名。迁西运动也是迄今中国境内确定之最早的构造运动。

8. 27.8亿年：陆相席状玄武岩首次出现。

9. 25亿年：休伦冰期（HuronianGlaciations）——已知地球上最早的冰川时代。

注释

百万年，地质学年代单位

时间取整数年代

Acasta片麻岩，同位素测龄约4030Ma

休伦冰期HuronianGlaciations

位于加拿大的阿卡斯塔Acasta的片麻岩，40.3亿年

在南非巴布顿绿岩带发现和确定了巴布顿绿岩带与下伏安特森片麻岩之间的不整合关系。绿岩带底部最大成岩年龄为3537Ma，安德森片麻岩侵位年龄为3640Ma。该不整合的时限限定在3640-3537Ma

同位素测龄38亿年

10亿年，地质学年代单位