太古代

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太古代

太古代は、地球の歴史における4つの地質年代のうちの2番目の年代で、40億年前から25億年前までの期間を指す。この時代には、地殻が十分に冷えていたため、大陸が形成され、最古の生命体が誕生したと考えられている。太古代の生命は単純で、主にストロマトライトと呼ばれる浅い水域の微生物マットに代表され、大気中には遊離酸素が存在しなかったという。太古代の前には冥王代があり、後には原生代が続く。

語源と分類の変遷

太古代という言葉は、「始まり、起源」を意味するギリシャ語のarkhē（αρχή）に由来する。1872年に「地質学的に最も古い時代の」という意味で初めて使われた。冥王代が認識される以前の太古代は、約45億4000万年前の地球の形成から25億年前までの地球の初期の歴史を指す。

太古代の始まりと終わりは、層序に基づくのではなく、年代的に定義されている。国際層序委員会では、40億年前という累代の下限境界または開始点が公式に認められている。

地質学

太古代が始まった頃、地球の熱流量は現在の約3倍であり、太古代から原生代への移行期（25億年前）には、現在の2倍の熱流量があった。この熱は、惑星の降着、金属核の形成、放射性元素の崩壊による残余の熱が混在した結果である。

いくつかの鉱物粒子は冥王代のものであることが知られているが、地表に露出している最古の岩石層は太古代のものである。太古代の岩石は、グリーンランド、シベリア、カナダ楯状地、モンタナ州とワイオミング州（ワイオミング・クラトンの露出部）、バルト楯状地、ロドピ山脈、スコットランド、インド、ブラジル、オーストラリア西部、アフリカ南部に見られる。太古代地殻の残存する結晶質の残骸には、花崗質岩が多く見られる。その例としては、花崗岩、閃緑岩、層状貫入物、斜長岩、讃岐岩として知られるモンゾニ岩などの大規模なメルトシートや大量の深成岩がある。太古代の岩石は、灰岩、泥岩、火山性堆積物、帯状鉄鉱層など、重度の変成を受けた深海の堆積物であることが多い。火山活動は現在よりもかなり活発で、コマチアイトなどの珍しいタイプの溶岩が数多く噴出していた。炭酸塩の岩石は少なく、これは原生代に比べて海が溶解した二酸化炭素によって酸性になっていたことを示している。緑色岩帯greenstone beltは典型的な太古代の地層で、太古代の珪長質火山岩を含む、変成した苦鉄質火成岩と堆積岩のユニットが交互に並んでいる。変成火成岩は火山島弧に由来し、変成堆積物は近隣の島弧から浸食された深海堆積物が前弧盆地に堆積したものである。緑色岩帯は、両方のタイプの変成岩であり、原始大陸間の縫合線を表している。

火成岩の鉱物群

地球上で大陸が形成され始めたのは太古代だが、その詳細については地質学的な証拠が乏しいため、未だに議論されている。現在のインド、オーストラリア西部、アフリカ南部の岩石が、31億年前にウルという大陸を形成していたという仮説がある。また、オーストラリア西部やアフリカ南部の岩石が、36億年前にヴァールバラと呼ばれる大陸に集まったという説もあり、意見が分かれている。最初の大陸はこの時代に形成されたが、この時代の岩石は現在の世界のクラトンの7％しか占めておらず、過去の地層の浸食や破壊を考慮しても、現在の大陸の面積の5〜40％しか太古代に形成されていないと考えられる。 

太古代末期の25億年前頃には、現代の地球と同じようなプレートテクトニック活動が行われていた可能性がある。よく保存された堆積盆地があり、火山弧、大陸内の裂け目、大陸と大陸の衝突、地球全体に及ぶ広範囲な造山現象の証拠があり、1つの超大陸（おそらくいくつかの超大陸）の組み立てと破壊を示唆している。また、帯状鉄鉱層、チャート層、化学堆積物、枕状玄武岩などの証拠から、液体の水が広く存在し、深い海洋盆地がすでに存在していたことがわかる。

2021年には、シモーネ・マルキが、35億年から25億年前の間にはるかに重い小惑星が衝突した証拠を発表し、衝突分散のモデルと古代の小球体層のデータを比較した。「私たちは、おそらく平均して1500万年ごとにチクシュルーブサイズの衝突を受けていたと思われる。・・・激しい衝突の時期には、酸素濃度が急激に変動していたであろうことがわかった。」

環境

太古代の大気には、遊離酸素がほとんどなかったと考えられている。天文学者は、太陽の明るさは現在の70～75％程度だったと考えているが、地球の温度は地球形成からわずか5億年後には現代のレベルにまで達していたと考えられている（「暗い太陽のパラドックス」）。液体の水が存在していたことは、堆積物の原石が変成してできた変形度の高い片麻岩が証明している。温暖な温度は、地球の歴史の後半に比べて大量の温室効果ガスが存在していたことを反映しているのかもしれない。また、当時の地球のアルベド（反射率）は、大陸の面積や雲の量が少なかったために低かったのかもしれない。

早期の生命

地球上に生命が誕生したプロセスは完全には解明されていないが、冥王代の終わり近くか太古代の初期に生命が誕生したことを示す証拠は十分にある。

生命の最古の証拠は、グリーンランド西部で発見された37億年前の準堆積岩に含まれる生物起源の黒鉛である。

識別可能な最古の化石は、ストロマトライトと呼ばれる、シアノバクテリアが浅い水中で形成した微生物のマットである。最古のストロマトライトは、西オーストラリアで発見された34億8000万年前の砂岩に含まれている。ストロマトライトは、太古代の全域で見られ、太古代の後半になると一般的になった。  シアノバクテリアは大気中に自由な酸素を作り出すのに役立った。

初期生命のさらなる証拠は、西オーストラリアのワラウーナ層群にある34億7000万年前の重晶石に見られる。この鉱物には21.1%もの硫黄分が含まれており、これは硫酸還元菌が硫黄34よりも硫黄32をより容易に代謝した証拠である。

冥王代後期の生命の証拠はより議論の余地がある。2015年には、41億年前のジルコンから生物起源の炭素が検出されたが、この証拠は予備的なものであり、検証が必要である。

地球は42億年前から43億年前以前には生命にとって非常に敵対的であり、太古代以前には、我々が知っているような生命はこれらの環境条件に挑戦していただろうというのが結論である。太古代以前にも生命は誕生していたかもしれないが、生命を維持するのに必要な条件は、太古代になるまで発生しなかったと考えられる。

太古代の生命は、原核生物と呼ばれる（核を持たない）単純な単細胞生物に限られていた。細菌のほか、古細菌というドメインの微化石も確認されている。太古代初期の真核生物の化石は知られていないが、太古代に進化していても残されていない可能性がある。真核生物を示すステランの化石が太古代の地層から報告されているが、それは若い有機物の混入に由来することが示されている。ウイルスのような超微小な細胞内複製体の化石は発見されていない。

陸上の微生物マットからの微生物の化石は、32億2000万年前にすでに陸地で生命が成立していたことを示している。

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最後に

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