Hadean

Die Hadeïkum of Hadeïese Eon is die eerste geologiese eon in die Aarde se bestaan. Dit het sowat 4,54 miljard jaar gelede begin met die vorming van die Aarde en sowat 4 miljard jaar gelede geëindig met die begin van die Argeïkum. Die naam kom van Hades, die antieke Griekse god van die onderwêreld na aanleiding van die hel-agtige toestande op die Aarde in dié tyd: die planeet het pas gevorm en was nog baie warm en wys dikwels vulkaniese uitbarstings, ’n gedeeltelik gesmelte oppervlak en gereelde botsings met ander liggame in die Sonnestelsel.

Die nuut gevormde Aarde het 'n hoë temperatuur gehad vanweë vulkaniese uitbarstings en botsings.

Eon	Era	Periode	Ouderdom  Ga.
Argeïkum	Paleo-argeïkum		later
Hadeïkum	Neohadeïkum	Prometium	4,0 - 3,9
		Acastium	4,1 - 4,0
	Mesohadeïkum	Prokrustium	4,2 - 4,1
		Kanadium	4,3 - 4,2
	Paleohadeïkum	Jakobium	4,4 - 4,3
		Hefestium	4,5 - 4,4
Chaotium
	Neochaotium	Titanomachium
		Hiperium
	Eochaotium	Erebrium
		Nefelium

Langlewende radio-aktiewe oerisotope soos uraan-235 of kalium-40 was nog in groter konsentrasies aanwesig en het 4 keer meer hitte vrygestel as vandag. Hierdeur het gesteentes wat volop uraan, thorium (Th) of kalium bevat het nie kon stol nie en hulle het vloeibaar gebly. Die kors het veral basalte bevat wat arm aan hierdie elemente was. Wat nou as uitgestorwe oerisotope beskou word soos ¹⁸²Hafnium (Hf) het in die vroeë tyd nog 'n natuurlike voorkoms gehad en ook bygedra tot die radioaktiwiteit en die ontwikkeling van hitte wat dit veroorsaak. Omdat hulle dogternukliede ander chemiese eienskape besit -hulle behoort eerder tot 'n ander element- kan hulle later geskei raak. Dit lewer 'n tegniek wat byvoorbeeld die differensiasie van hemelliggame in 'n kern en 'n kors kan dateer.

Ouer geskrifte verwys dikwels na dié eon bloot as die Pre-Argeïkum, maar in nuwer literatuur word die vroeë tyd van ons planeet en sy sonnestelsel in baie meer besonderhede beskrewe. Daar is weinig gesteentes wat uit die Hadeïkum dateer. Van die oudste gesteentes (die Acasta gneisskompleks van Kanada) strek van 4,2 tot 3,6 miljard jaar gelede. Dit word soms as die begin van die Argeïkum beskou, maar die denkbeelde is volop in ontwikkeling. Die skaarste van gesteentes maak van die Hadeïkum 'n tydperk wat moeilik is om te bestudeer. Die meeste inligting oor die Hadeïkum stam van die studie van elementverhoudings en isotoopverhoudings van gesteentes van die Aarde, die Maan en veral van meteoriete.

Goldblatt et al verdeel die vroeë tyd in twee eons, die Chaotium en die eintlike Hadeïkum. Die eerste eon word in twee eras verdeel en die tweede in drie. Elke era word in twee periodes ingedeel. Hierdie artikel sal hulle indeling gebruik, hoewel geen eenstemmigheid hieroor bestaan nie. Die kennis oor die vroeë geskiedenis van die sonnestelsel en die Aarde is vandag (2020) nog volop in ontwikkeling en die volgende tydlyn kan seker nog gewysig word.

Chaotium

Nefelium en Erebrium

Die Goldblatt-indeling noem hierdie vroegste era van die Chaotium die Eochaotium en verdeel dit in:

• die Nefelium , die tyd toe die planetêre newel hom afskei uit die reusewolk van materiaal wat deur 'n supernova is nagelaat
• die Erebreum toe die son as gaswolk gevorm het, maar dit nog donker was

Nefelium verwys na "newel", terwyl Erebieum na Erebus, die duisternis, vernoem is.

Die sogenaamde GEMS wat die Aarde ook vandag steeds bereik en wat deur vliegtuie op groot hoogte gevang kan word, voor hulle in die atmosfeer verbrand, is dalk prenefelies: 'n res van die oorspronklike reusewolk.

In die buitenste gebiede van die sonnestelsel word komete gevorm wat min beïnvloed word deur die son ook toe sy kernfusie begin het.

Hiboniet wat as kalsium-aluminiumryke insluitsels (CAI's) in CM2-chondriete gevind word het isotoopverhoudings wat baie afwyk maar in teenstelling tot CAI's in die CV-condriete het dit nouliks reste van die uitgestorwe oerisotoop ²⁶Al. Daar was waarskynlik 'n varse stroom van ²⁶Al wat die newel bereik het tussen die vorming van die twee materiale.

Neochaotium

Die begin van die sonnestelsel.

Die protoplanetêre newel

Die volgende Goldblatt-era word die Neochaotium genoem. Sy twee eras is:

• die Huperitium, vermoem na die songod Huperion, begin toe die son het begin om te skyn omdat kernfusie begin het
• die Titanomachium verwys na die stryd van die Titane en is die tyd waarin die protoplanete gevorm het

Die geboorte van die sonnestelsel word op 4,567 miljard jaar gelede beraam. (Amelin et al. 2002) Dit bestaan aanvanklik net uit 'n protoplanetêre newel wat om 'n nuutgevormde ster in sy middel wentel, wat die Son sou word.

Huperitium

Omtrent 0-10 miljoen jaar later

Die Gujba-meteoriet, 'n koolstofhoudende chondriet met metaalchondrules

In die eerste paar miljoen jaar word chondriete gevorm, wat soms vandag steeds as meteoriete die Aarde kan bereik. Hulle vorming vind as 'n proses van kondensasie van elemente, groei en klontering van stofdeeltjies plaas. Die datering van hierdie gebeurtenisse berus hoofsaaklik op Pb/Pb-datering van meteoriete. en veral hulle kalsium-aluminiumryke insluitsels.

Deur die straling van die son verloor die binneste gebiede van die sonnestelsel 'n deel van sy vlugtige komponente. Sommige chondriete ( CI, CM en CR) bevat nog water, maar ander tipes is droër.

Die hibonietkristalle wat in CM2-chondriete gevind word en wat waarskynlik nog uit vroeër tye stam, bevat ook edelgasse soos neon en die ²³Ne/²²Ne-isotoopverhouding wys dat die kosmiese straling van die vroeë son energetieser gewees het as wat dit nou is.

Titanomachium

Omtrent 10-20 miljoen jaar

Later begin hierdie chondriete onder invloed van die swaartekrag saam te klonteer tot planetesimale. In hierdie groter liggame vind differensiasie plaas. In hierdie proses vorm hulle 'n silikaatryke kors (BSE; Bulk Silicate Earth) ryk aan Mg, Ca, Al, Si en 'n kern wat ryk aan metale soos Fe en Ni is.

Die (siderofiele elemente) (Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, Au, Re) wat gewoonlik met HSE (Highly Siderophile Elements) aangedui word en die (chalkofiele elemente) (SCE; Strongly Chalcofile Elements) (S, Se, Te) word hoofsaaklik in die kern opgeneem.

Van die meteoriete wat vandag die Aarde bereik het hierdie differensiasie ondergaan, soos die achondriete. Hulle lewer dikwels inligting oor later gebeurtenisse in die sonnestelsel as die 'primitiewe' chondriete. Kieselhoudende achondriete soos Northwes Africa (NWA) 11119 is nogtans baie oud (4,565 Ga) en wys dat vulkanisme reeds vroeg in die ontwikkeling van die sonnstelsel 'n rol gespeel het. Die hitte wat deur uitsgestorwe isotope soos Aluminium-26 vrygestel is het 'n belangrike rol gespeel en hemelliggame laat smelt.

Omtrent 20 miljoen jaar

Die proto-Aarde se kern word omtrent 4,535±0,002 miljard jaar gelede gevorm, omtrent 20 miljoen jaar ná die begin. Hierdie datering berus op ¹⁸²Hf/¹⁸²W-metings op meteoriete. Die protoplaneet was blootgestel aan botsings met ander kleiner liggame. Goldblatt hulle stel voor om dit Tellus te noem

Hadeïkum

Paleohadeïkum

Hefestium

Omtrent 55 miljoen jaar;

Kunstenaarsvoorstelling van die vroeë Aarde en Maan.

Volgens die Goldblatt-indeling begin die eintlike Hadeïkum met 'n groot katastrofe. Die proto-Aarde (Tellus) word deur 'n ander planetesimaal getref wat Theia genoem word. Die tydstip word op 4,50±0,01 miljard jaar gelede geraam, (35±12 miljoen jaar ná die vorming van die protoplaneet). Hierdie gebeurtenis was katastrofies en lei tot die totale versmelting van die twee protoplanete. Aanvanklik is dit dalk 'n superkritiese gaswolk met 'n hoë druk en hoë temperatuur. Dit blyk veral uit die relatiewe voorkoms van kalium-41. Afkoeling lei opnuut tot differensiasie en die vorming van die Aarde en die Maan. Die afstand tussen die Aarde en sy satelliet was aanvanklik baie kleiner as vandag. Dit word op 21 keer die aardstraal geraam, pleks van omtrent 60.

Aanvanklik het die nuwe planeet Aarde 'n gesmelte oppervlak gehad, maar ná sowat 10 miljoen jaar het dit 'n vaste kors gekry.

Daar word vermoed dat die eerste gestolde laag wat oerkontinente op die magma-oseaan gevorm het uit komatiïet-lawa bestaan het en dat die aarde eers droog gewees het en oseane eers later ontstaan het. Die boonste laag van omtrent 21 km het dalk uit gefraksioneerde gabbros en 'n middelfelsiese kors van anortosiet bestaan. Daaronder was 'n laag van grossulaar, kianiet en kwarts tot 50-60 kilometer diepte.

Omtrent 85 miljoen jaar

Die Aarde se kors word verryk met HSE-elemente. Dit word die late veneer (die laat vernis) genoem. Dit weerspieël dalk 'n laat meteorietreën en word afgelei van die voorkoms van HSE in die aardkors wat sowat 200 keer groter is as verwag word. Hierdie hipotese is nogtans taamlik omstrede.

Jakobium

Omtrent 150 miljoen jaar

Die Jakobium is vernoem na die Jack Hills van Australië waar van die oudste gesteentes gevind is. Die oudste gesteentereste is sirkoon wat as detrale korrels in 'n Argeïese afsettingsgesteente van omtrent 3,050 Ga in Jack Hills, Wes-Australië aangetref word. Die korrels is deur verwering van 'n baie ouer gesteente ontstaan en met U/Pb-datering (die verhouding ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb) kan bepaal word hoe oud 'n korrel is. Honderdduisende korrels is so bepaal. Die meeste lewer 'n ouderdom van 4,000 tot 4,050 miljard jaar, maar van hulle is so oud as 4,400 Ga. Suurstofisotoopanalise wys dat die korrels op die droë land ontstaan het.

Omtrent 200 miljoen jaar

Oseane het begin om te vorm toe die temperatuur van die atmosfeer tot 350 ^oC afgekoel het, omdat die druk van die atmosfeer dalk baie hoog was en dit hoofsaaklik uit CO₂ bestaan het. Hoe lank hierdie heet broeikas bestaan het is nie duidelik nie, maar dit word op 100 miljoen jaar beraam omdat eers die subduksie van karbonate die koolstofdioksied uit die atmosfeer verwyder het. Volgens die berekenings van Sleep (2007) het omtrent 4,37 miljard jaar gelede (200 miljoen jaar ná die begin) reeds gebiede bestaan wat se oseaanwater koel genoeg wat om lewe 'n kans te bied. Die soutgehalte was waarskynlik amper twee keer so hoog as vandag omdat sout nog nie as rotssout begrawe was, maar dit is moeilik om te bepaal.

Die atmosfeer van die afkoelende planeet was reduserend van aard, maar dit het stadig verander omdat vulkanisme waterstof en sy verbindings met koolstof, stikstof en suurstof vrystel en hulle ongehinderd die boonste lae van die atmosfeer kon bereik. Waterstof is -saam met helium- lig genoeg om uit die planeet se swaartekragveld te ontsnap. Hierdie proses se spoed moet duisend keer so hoog gewees het as dit vandag is en gelei het tot 'n hoër relatiewe voorkoms van suurstof. Dit het die oksidasie van elemente in hulle lae oksidasietoestande in die gesteentes en hulle verwering en erosie moontlik gemaak. Hierdie proses het tot ver in die Argeïkum voortgeduur.

Indien die fugasiteit (aktiwiteit) van suurstof bepaal sou word deur die yster-wüstiet-buffer van die Aarde se magma, sou 'n mens 'n atmosfeer van CH₄, H₂, H₂S, NH₃ en CO verwag. Indien die Aarde se magma egter deur die fayaliet-magnetiet-kwarts-buffer bepaal sou word, sou die atmosfeer uit H₂O, CO₂, SO₂ en N₂ bestaan het. Dit is nouer aan die atmosfeer van vandag verwant, behalwe dat dit geen vrye suurstof bevat het nie. Daar is aanwysings dat die laaste reeds in die Hadeïkum die geval was.

Mesohadeïkum

Kanadium

Omtrent 255 miljoen jaar

Hierdie periode is vernoem na Kanada. Insluitsels in die Nuvvuagittuq-groensteengordel in Quebec word as die oudste steeds bestaande (reste van) gesteentes op Aarde beskou. O'Neil et al. (2009) het gesteentes beskryf uit die omgewing van Hudsonbaai wat 'n leeftyd van 4,28 miljard jaar lewer. Hierdie waarde word verkry deur vergelyking van die voorkoms van die stabiele isotoop neodimium-142 (die dogter van die uitgestorwe isotoop samarium-146) met neodimium-144. ¹⁴⁶Sm het 'n halfleeftyd van 103 miljoen jaar. Hierdie verskille in ¹⁴²Nd/¹⁴⁴Nd-isotoopverhouding kan slegs ontstaan het toe ¹⁴⁶Sm nog voorgekom het.

Hierdie resultate wys dat in die Hadeïkum waarskynlik reeds vaste korsgesteentes bestaan het, maar dat hulle later blykbaar weer vernietig is. Hierdie datering is nogtans omstrede omdat nie duidelik is nie of dit die ouderdom van die gesteentes self is, of van die gesmelte magma waaruit hulle later ontstaan het.

Prokrustium

Omtrent 350 miljoen jaar

Die tydperk is na Procrustes vernoem, die bandiet uit die Griekse mitologie wat arms en bene van reisigers afgebreek het om hulle in sy bed te laat pas. Alle lewe het daardeur is sy bed gepas. Daar word gedink dat lewe reeds in hierdie tyd op Aarde teenwoordig was, moontlik selfs eerder (in die Jakobium). Minerale soos schreibersiet wat uit ystermeteoriete stam, het dalk 'n groot rol gespeel. Dit het die element fosfor gelewer en dalk die formosereakie gekataliseer.

Die ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr - isotoopverhouding van apatiet-insluitsels in zirkone uit die Argeïkum van Nuvvauagittuq in Kanada wys dat 'n bekken met 'n hoë Rb/Sr-verhouding 4,2 miljard jaar gelede (omtrent die begin van die Prokrustium) seker reeds gevorm moes wees. Dit wys dat daar toe reeds 'n aardkors was wat wissel van mafies tot sterk kieselhoudend. Moontlik stam dit self van 4,4 miljard jaar gelede (omtrent die begin van die jakobium).

Neohadeïkum

Acastium

Acasta-gneiss 4,0 Ga

Omtrent 450 miljoen jaar

Die oudste gesteentes van Acasta stam uit hierdie tydperk.

Prometium

Omtrent 550 miljoen jaar

Kunstenaarsvoorstelling van die Maan tydens die bombardement en vandag

Die maan word getref deur die laat swaar bombardement wat tot die vorming van die inslagkraters op die maan lei. Dit word afgelei van die U/Th/Pb en Rb/Sr-metings op die maangesteentes wat die Apollo 17-reis versamel en teruggebring het Aarde toe. Hierdie gegewens wys 'n tydperk van meteorietbombardemente van 4,0-3,8 miljard jaar gelede. Omdat die Aarde se swaartekrag groter as die Maan s'n is, moes die Aarde aan 'n groter bombardement blootgestel gewees het, en inslae van liggame so groot as Ceres (deursnee 900 km) ondergaan het, maar bewyse hiervoor ontbreek egter. Sulke inslae sou waarskynlik 'n deel van die oseane weer laat verdamp het. Dit is ook nie duidelik of dit die lewe wat dalk reeds bestaan het, oorleef het, of dat dit uitgewis is en later in die Argeïkum opnuut verskyn het nie. Die oorsaak van die bombardement is moontlik veranderings in die stabiele wentelbane van Jupiter en Saturnus wat glo omtrent 3,9 miljard jaar gelede plaasgevind het en die bane van asteroïede versteur het, maar beter navorsing op die Maan is nodig om dit te bevestig.

Oor die grens tussen die Hadeïkum en die Argeïkum bestaan geen eenstemmigheid nie. Sommige wil dit vaslê op die tyd dat lewe verskyn het, maar dit is moeilik om vas te stel; Goldblatt-hulle postuleer 'n latere grens om die laat bombarderment geheel aan een tydperk, die Hadeïkum, toe te wys, pleks van dit oor die Hadeïkum en Argeïkum te verdeel.

Verwysings

1. Earth's Oldest Rocks Martin J. van Kranendonk, Vickie Bennett, Hugh R.H. Smithies Elsevier, 2007, ISBN 0-08-055247-1, ISBN 978-0-08-055247-7
2. Core formation, Hadean mattes and the timescale of Earth accretion Lead Research Organisation: University of Oxford Bernard John Wood 2009-2012
3. Siderophile and chalcophile elements in the Archean mantle-crust system. Chunhui Li Proefskrif November 2016 Freie Universität Berlin
4. The Eons of Chaos and Hades C. Goldblatt, K.J. Zahnle, N.H. Sleep, E.G. Nisbet Solid Earth 1, 1-3, 2010
5. High early solar activity inferred from helium and neon excesses in the oldest meteorite inclusions L. Kööp, P.R. Heck, H. Busemann, A.M. Davis, J, Greer, C. Maden, M.M.M. Meier, R. Wieler Nature Astronomy 2 September 2018, bls. 709-713
6. Silica-rich volcanism in the early solar system dated at 4.565 Ga Poorna Srinivasan, Daniel R. Dunlap, Carl B. Agee, Meenakshi Wadhwa, Daniel Coleff, Karen Ziegler, Ryan Zeigler, Francis M. McCubbin Nature Communications 9, Artikelnr. 3036 (2018)
7. Moon's birth may have vaporaized most of Earth, study shows. Charles Q. Choi www.space.com
8. Lunar and Planetary Institute
9. Hadean Earth and primordial continents: The cradle of prebiotic life M.Santosh, T.Arai, S.Maruyama Geoscience Frontiers8(2), 2017, 309-327
10. The oldest terrestrial mineral record: thirty years of research on Hadean zirkon from Jack Hills, Western Australia Aaron J. Cavosie, John W. Walley Simon A. Wilde Hoofstuk 12 van: Earth's Oldest Rocks Martin J. van Kranendonk, Vickie Bennett, Elis Hoffmann Elsevier, 2018, ISBN 0-444-63902-0, ISBN 978-0-444-63902-8
11. The Hadean-Archaean Environment Norman H. Sleep Cold Spring Harb Perspect Biol. 2010 Jun; 2(6): a002527. doi: 10.1101/cshperspect.a002527
12. Evolution of the Atmosphere During the Hadean and Archean George H. Shaw Earth's Early Atmosphere and Oceans, and The Origin of Life. SpringerBriefs in Earth Sciences. Springer, Cham; ISBN 978-3-319-21971-4
13. The oxidation state of Hadean magmas and implications for early Earth’s atmosphere Dustin Trail, E. Bruce Watson, Nicholas D. Tailby Nature volume 480, pages 79–82 (01 December 2011)
14. Geochronology, Dating, and Precambrian Time: The Beginning of the World as We Know It Rafferty, John P, Britannica Educational Publishing, 2010, ISBN 1-61530-195-X, ISBN 978-1-61530-195-9 bls. 160
15. New Scientist
16. Schreibersite: an effective catalyst in the formose reaction network S Pallmann et al. 2018 New J. Phys. 20 055003
17. Potassic, high-silica Hadean crust Patrick Boehnke, Elizabeth A. Bell, Thomas Stephan, Reto Trappitsch, C. Brenhin Keller, Olivia S. Pardo, Andrew M. Davis, T. Mark Harrison, and Michael J. Pellin PNAS Junie 2018

Geologiese eons:												Hadeïese Eon			Argeïese Eon			Proterosoïese Eon			Fanerosoïese Eon