Arkeyan Devri 4 milyar yıl önce başladı ve 2,5 milyar yıl öncesine kadarsürdü, başlangıçta Yunanca kelime almıştır. Bu çağ, rock rekorunun başlangıcını temsil ediyor. Hadean Eon döneminde kayaların ve minerallerin var olduğuna dair mevcut kanıtlar olmasına rağmen, Archean çok daha sağlam bir kaya ve fosil kaydına sahiptir.
Geç Ağır Bombardıman
Güneş sisteminin başlangıcında nesneler kaotik bir şekilde uçuyor, gezegenleri ve uyduları inşa ediyordu. Yaklaşık 4.1-3.8 milyar yıl önce gezegenlerin oluştuktan sonra, ikinci bir büyük asteroit ve kuyruklu yıldız artışının, geç ağır bombardıman adı verilen bir olayda Dünya ve Ay’ı etkilediğine dair kanıtlar var. Kararlı veya yarı kararlı yörüngelerdeki göktaşları ve kuyruklu yıldızlar kararsız hale geldi ve güneş sistemi boyunca nesneleri etkilemeye başladı. Ek olarak, bu olaya ay felaketi denir çünkü Ay kraterlerinin çoğu bu olaydan. Geç ağır bombardıman sırasında, Dünya, Ay ve güneş sistemindeki tüm gezegenler, asteroid ve Kuiper kuşaklarından gelen malzemeler tarafından patlatıldı. Bu bombardımanın kanıtı, Ay’dan toplanan örneklerde bulundu.
Güneş sisteminin başlangıcında yoğun asteroit ve kuyruklu yıldız bombardımanı yaşadığı evrensel olarak kabul edilmektedir; ancak, başka bir süreç yüz milyonlarca yıl sonra etkilerin ikinci artışına neden olmuş olmalıdır. Önde gelen bir teori, Eta Corvi yıldız sisteminde gözlemlenen benzer bir sürece dayanarak, asteroid ve Kuiper kuşakları içindeki rahatsız edici yörüngelerden Jüpiter ve Satürn arasındaki kütleçekimsel rezonansı suçlamaktadır.
Arkeen Devri Jeolojisi
Yaklaşık 4 milyar yıl önce Archean Eon’un başlangıcında, göktaşı çarpmalarının frekansı yavaşladıkça, Dünya soğudu, bulutlar oluştu ve erimiş küreden kabuk sertleşmeye başladı. Dünya, plaka tektoniğinin başlangıcından önce hala tek plakalı bir gezegendi. Kozmik sıvı su; meteorlar, özellikle karbonlu kondritler, çarpmalar sırasında su molekülleri ile doymuş karbon bileşikleri yardımıyla küresel bir okyanus oluşturmak için erken Dünya yüzeyinde birikmeye başladı.
Zirkon çalışmasının ortaya çıkardığı gibi, sıvı su 4 milyar yıl önce yaygındı. Zirkonlar, sulu bir ortamın kimyasal parmak izlerini tutan küçük zaman kapsülleri gibidir. Dünya artık uzaylıların misafirperver olmayan bir dünyası değildi, ancak yaşamı destekleyen bir ortama dönüşüyordu. Su, yaşam sentezi için ideal çözücüdür – birçok molekülü çözer ve bütünlüklerini korurken onları reaksiyon bölgelerine taşır. Buz, evrende oldukça yaygındır, ancak sıvı su nadirdir. Geniş küresel okyanusun ortasında çok sayıda ada kıtası ortaya çıkmaya başladı.
Arkeen Dönemi başladığında, Dünya’nın ısı akışı bugün olduğundan neredeyse üç kat daha yüksekti ve Archean’dan Proterozoik’e (2.500 Ma) geçişteki mevcut seviyenin hala iki katıydı. Ekstra ısı, gezegensel birikimden, metalik çekirdeğin oluşumundan ve radyoaktif elementlerin bozulmasından kalan ısının bir karışımının sonucuydu.
Birkaç mineral tanesinin Hadean olduğu bilinmesine rağmen, Dünya yüzeyinde açığa çıkan en eski kaya oluşumları Arkeen yaşlıdır. Arkeen yaşlı kayaları Grönland, Sibirya, Kanada Kalkanı, Montana ve Wyoming Craton’un açıkta kalan kısımları, Baltık Kalkanı, Rodop Masifi, İskoçya, Hindistan, Brezilya, Batı Avustralya ve Güney Afrika’da bulunur.
Granitik hayatta kalan Arkeen kabuğunun kristalin kalıntıları boyunca kayalar baskındır. Örnekler büyük bir eriyik tabakaları ve hacimli derinlik kütleler bulunmaktadır granit, diyorit, tabakalı saldırılara, anortosit ve monzonitler olarak bilinen sanukitoidlerdir. Arkeen kayaçları, genellikle gri varaklar, çamurtaşları, volkanik çökeltiler ve bantlı demir oluşumları gibi yoğun şekilde metamorfize edilmiş derin su çökeltileridir. Volkanik aktivite, komatiite gibi alışılmadık türler de dahil olmak üzere çok sayıda lav püskürmesi ile bugün olduğundan çok daha yüksekti.
Karbonat Kayalar nadirdir, bu da okyanusların çözünmüş karbondioksit nedeniyle Proterozoik dönemine göre daha asidik olduğunu gösterir. Yeşiltaş kuşakları, Arkeen felsik volkanik kayaçları da dahil olmak üzere metamorfozlu mafik magmatik ve tortul kayaların dönüşümlü birimlerinden oluşan tipik Arkeen oluşumlardır. Metamorfize uğramış magmatik kayaçlar volkanik ada yaylarından türetilirken, metamorfize tortular, komşu ada yaylarından aşınmış ve ön ark havzasında biriken derin deniz tortularını temsil ediyor. Her iki tür metamorfoz kaya olan Greenstone kuşakları, protokıtalar arasındaki sütürleri temsil eder.
Dünya’nın kıtaları Arkeen oluşmaya başladı, ancak kapsamlı jeolojik kanıtların eksikliği nedeniyle oluşumlarıyla ilgili ayrıntılar hala tartışılıyor. Bir hipotez, şu anda Hindistan’da, Avustralya’nın batısında ve Afrika’nın güneyinde bulunan kayaların 3.100 milyon yıl önce Ur adlı bir kıta oluşturduğudur. Farklı bir çelişkili hipotez, Batı Avustralya ve Güney Afrika’daki kayaların 3,600 milyon yıl önce Vaalbara adlı bir kıtada toplanmış olmasıdır. Bu çağda ilk kıtalar oluşmuş olsa da, bu çağın kayaları bugünkü dünya kratonlarının yalnızca% 7’sini oluşturmaktadır. Geçmiş oluşumların aşınmasına ve tahrip olmasına izin verse bile, kanıtlar, Archean sırasında mevcut kıtaların yalnızca %5-40’ının oluştuğunu göstermektedir.
Arkeen devrinin sonunda 2500 My civarında, levha tektoniği aktivitesi modern Dünya’nınkine benzer olabilir. İyi korunmuş tortul havzalar ve volkanik yaylar, kıtalar arası yarıklar, kıta-kıta çarpışmaları ve bir ve belki de birkaç süper kıtanın bir araya gelip yıkıldığını düşündüren yaygın orojenik olayların kanıtları vardır. Bantlı demir oluşumlarından, çört yataklarından, kimyasal çökeltilerden ve yastık bazaltlarından elde edilen kanıtlar, sıvı suyun yaygın olduğunu ve derin okyanus havzalarının zaten var olduğunu göstermektedir.
Kıtaların Kökeni
Plaka tektoniğinin şu anda olduğu gibi çalışabilmesi için mutlaka kıtalara sahip olması gerekir. Bununla birlikte, kıtasal malzeme oluşturmanın en kolay yolu, mevcut kıtaların asimilasyonu ve farklılaşmasıdır. İlk etapta kıtaların nasıl yapıldığına dair bu tavuk ve yumurta ikilemi, kıta materyalinin büyük yaşı ve tektonik ve erozyon sırasında ne kadar kanıtın kaybolduğu nedeniyle kolayca cevaplanamaz.
Zamanlama ve belirli süreçler hala tartışılırken, volkanik eylem ilk kıta materyalini Hadean sırasında, 4.4 milyar yıl önce Dünya yüzeyine getirmiş olmalıdır. Bu model, magmatik farklılaşmanın daha kalın bir kabuğa ihtiyaç duyduğu görüldüğünden, kıta oluşumu sorununu çözmez. Yine de, kıtalar, Dünya’nın erken tarihi boyunca bazı aşamalı süreçlerle oluşmuştur.
En iyi fikir, yoğunluk farklılıklarının daha hafif felsik malzemelerin yukarı doğru yüzmesine ve daha ağır ultramafik malzemelerin ve metalik demirin batmasına izin vermesidir. Bu yoğunluk farklılıkları, şimdi sismik çalışmalarla tespit edilen katmanların, Dünya’nın katmanlaşmasına yol açtı. Erken protokıtalar, gelişen plaka tektoniği süreçleri olarak felsik materyalleri biriktirdiler ve mantodan yüzeye daha hafif materyaller getirdi.
Modern levha tektoniğinin ilk somut kanıtı, Archean’ın sonunda bulunur ve en azından bazı kıtasal litosferin yerinde olması gerektiğini gösterir. Bu kanıt, levha tektoniğinin başlangıç noktasını işaret etmek zorunda değildir; Daha önceki tektonik faaliyetin kalıntıları kaya döngüsü tarafından silinmiş olabilir.
Mevcut kıtaların istikrarlı iç mekanları karton olarak adlandırılır ve çoğunlukla Archean Eon’da oluşturulmuştur. A kraton iki ana bölümden oluşur kalkan kristalin temel yüzeye yakın kaya ve olduğunu platformu kalkan kapsayan tortul kayaların yaptı. Çoğu kraton, nispeten değişmeden kalmıştır ve çoğu tektonik aktivite, kratonlar yerine kratonlar çevresinde meydana gelmiştir. Plaka tektoniği veya başka bir süreç tarafından yaratılmış olsunlar, Arkeolojik kıtalar şu anda gezegenimize hakim olan Proterozoyik kıtaların ortaya çıkmasına neden oldu.
Bir kıtayı neyin oluşturduğuna ve okyanusları kıtasal kabuğundan ayırdığına dair genel kılavuz bazı tartışmalar altındadır. Pasif sınırlarda, kıtasal kabuk pasif sınırlarda okyanusal kabuğa geçerek bir ayrım yapmayı zorlaştırır. Ada yayı ve sıcak nokta malzemesi bile kıtasal kabukla okyanusa göre daha yakından ilişkili görünebilir. Kıtaların ortasında genellikle felsik magmatik kayaçlar olan bir kraton bulunur. Zelandiya gibi günümüzde Yeni Zelanda’yı da içine alan su altındaki kitlelerin bir kıta olarak kabul edileceğine dair kanıtlar vardır. Afrika’nın doğu kıyısındaki Madagaskar adası gibi, kraton içermeyen kıtasal kabuk, kıtasal parça olarak adlandırılır.
Dünyadaki İlk Yaşam
Hayat büyük olasılıkla geç Hadean’da veya Arkeen devrinin başlarında başladı. Yaşamın en eski kanıtı kimyasal imzalar, mikroskobik iplikler ve mikrobiyal matlardır. 4,1 milyar yıllık zirkon tanelerinde bulunan karbon, organik bir kökene işaret eden kimyasal bir imzaya sahiptir. Erken yaşama dair diğer kanıtlar, Quebec, Kanada’daki bir hidrotermal havalandırma yatağından 3,8-4,3 milyar yıllık mikroskobik filamentlerdir. Kimyasal ve mikroskobik filament kanıtları fosiller kadar sağlam olmasa da, 3.5 milyar yıl önceki yaşam için önemli fosil kanıtları var. Bu ilk iyi korunmuş fosiller, Avustralya’da bulunan ve stromatolitler olarak adlandırılan fotosentetik mikrobiyal matlardır.
Halihazırda hayatın ortaya çıkması için ilkel bölgeler – potalar – için birbiriyle yarışan iki hipotez var: denizaltı hidrotermal menfezleri ve karasal hidrotermal krater gölleri. Denizaltı hidrotermal menfezleri, volkanik olarak aktif bölgelerde – genellikle okyanus ortası sırtlarında oluşur.. Denizaltı havalandırma hipotezleri oldukça çekicidir, ancak evrensel olarak kabul edilmemiştir, bunun nedeni kısmen önerilen senaryoların birçok yönünün erken Dünya çevresinin jeolojik kanıtlarından ve canlı hücrelerin kimyasal bileşenlerinden kısıtlanmamış kalmasıdır. Bu teori, kesin organik bileşiklerin “seyreltme probleminden” muzdariptir.
Kozmik bileşenler, küresel Eoarktik okyanusun enginliğinde, zorunlu olarak konsantre olmak yerine, dağılacak ve seyreltilerek, yaşamın karmaşık moleküllerine birleşmelerini engelleyecekti. Yaşamın kökeni için çok önemli bir ön koşul, nispeten basit biyomoleküllerin, kimyasal bileşiklerin ayrılması ve konsantrasyonu yoluyla daha karmaşık moleküllere dönüşme fırsatına sahip olmasıdır. Açık okyanusta, kozmik ve karasal kimyasallar asla karışamazdı, konsantre, seçilmiş veya daha karmaşık moleküller halinde organize edilmiş. Üstelik denizaltı hidrotermal havalandırma ortamları, nükleik asitlerin ve proteinlerin polimerizasyonunu teşvik ettiği iyi bilinen ıslak ve kuru döngülerden yoksundur.
Son çalışmalar, modern hücrelerin kimyasının hala yaşamın ilk evrimleştiği orijinal ortamı yansıttığını öne sürüyor. Karasal hidrotermal menfezlerin kimyasal yapısı, hücrenin sitoplazmasının bileşimini, açık okyanus ortamından daha yakından andırır. Bu nedenle protohücreler, karasal ortamlarda olduğu gibi, yüksek K+/Na+ oranına ve nispeten yüksek Zn, Mn ve fosfor bileşik konsantrasyonlarına sahip habitatlarda evrimleşmiş olmalıdır. Jeokimyasal rekonstrüksiyonlar, hücrelerin kökenine elverişli iyonik bileşimin deniz ortamlarında var olamayacağını, ancak iç jeotermal sistemlerin buhar ağırlıklı bölgelerinden kaynaklanan emisyonlarla oldukça uyumlu olduğunu göstermektedir. hidrotermal havuzlar ve krater gölleri gibi.
Son yıllarda denizaltı hidrotermal menfez kökenleri teorisine karşı artan kanıtlar vardır, bu da lipid membranlarının ve nükleotidlerin prebiyotik sentez sırasında o ortamda oluşamayacağını düşündürmektedir. Yağ asitleri gibi amfifilik bileşikler, karasal sulu fazlarda dağıldıklarında kolaylıkla membranöz veziküller oluştururlar. Son deneyler, protohücrelerin öncüleri olan bu veziküllerin hidrotermal kaplıca suyunda stabil olduğunu ancak deniz suyunda birleşemediğini göstermektedir.
Karasal ortamda, bu veziküller RNA ve DNA gibi nükleik asitleri kapsülleyebilir. Bu deneyler, biyojenezin denizaltı hidrotermal menfez ortamında değil, karasal hidrotermal menfez ortamlarında başladığını açıkça göstermektedir. Benzer şekilde, göktaşları ve yıldızlararası toz parçacıkları tarafından erken Dünya’ya gönderilen nükleobazlar, ıslak ve kuru döngüler nedeniyle yalnızca sıcak küçük havuzlar veya krater gölleri gibi karasal ortamlarda RNA’ya polimerize edilebiliyordu, bu süreç derin bir okyanusta meydana gelemezdi.
Denizaltı havalandırma hipotezinde de büyük tektonik problemler var. Muhtemel bir kuluçka makinesi olarak denizaltı hidrotermal menfezlerinin hipotezini tek plakalı bir Eoarktik Dünya’da açıklamak zordur. Denizaltı hidrotermal menfezleri plaka tektoniği olmadan nasıl ortaya çıktı? Bugün, yayılma sırtının ekseni boyunca veya yakınında meydana gelirler. Ancak, levha tektoniği 3 milyar yıl önce başlamadığından, Eoarktik okyanuslarda hidrotermal menfez oluşumu için herhangi bir yayılma sırtı yoktu; karada alternatif hidrotermal sistemler aramalıyız .
Miller-Urey Deneyi
Ünlü Miller-Urey deneyinde, araştırmacılar, mühürlü bir kapta erken Dünya atmosferini ve yıldırımı simüle ettiler. Kaptaki kıvılcımları tutuşturduktan sonra, proteinlerin temel yapı taşları olan amino asitlerin oluşumunu keşfettiler. 1977’de bilim adamları, derin deniz orta okyanus sırtındaki hidrotermal menfezlerin etrafında izole bir ekosistem keşfettiğinde, yaşamın kökeni hakkında başka bir açıklama için kapıyı açtı.
Hidrotermal menfezler, fotosentez yerine besin zincirinin temeli olarak kemosentezi olan benzersiz bir yaratık ekosistemine sahiptir. Ekosistem, enerjisini yer altı kulelerinden dökülen kimyasal bakımından zengin sıcak sulardan alıyor. Bu, yaşamın derin okyanus tabanında başlamış olabileceğini ve kemosentez yoluyla Dünya’nın içindeki ısıdan enerji türetmiş olabileceğini gösteriyor. Bilim adamları o zamandan beri yaşam arayışını Jüpiter’in buzlu uydusu Europa gibi daha alışılmadık yerlere genişletti.
Bir başka olasılık da, hayatın veya onun yapı taşlarının Dünya’ya uzaydan gelmesi, kuyruklu yıldızlar veya diğer nesnelerle taşınmasıdır. Örneğin, kuyruklu yıldızlar ve göktaşlarında amino asitler bulunmuştur. Bu merak uyandıran olasılık, aynı zamanda, kozmosun başka bir yerinde var olma olasılığının yüksek olduğunu ima eder.