Tidsur hvor arkeikum (grått) opptar nesten halve jordas historie. Viktige hendelser er tegnet inn.
Arkeikum (gresk αρχαίος [archaios] = «gammelt») er det eldste aveonene somjordens historie inndeles i. Det begynte medjordens dannelse for om lag 4,6 milliarder år siden og sluttet for 2,5 milliarder år siden. Eonet som fulgte på arkeikum, heterproterozoikum. Arkeikum og proterozoikum sammenfattes ofte somprekambrium.
Tidligere skilte man ut den tiden av jordens historie som var eldre enn 3,8 milliarder år, som en egen eon,hadeikum ellerpriskoikum. Dette har man nå forlatt og omtaler altså hele tidsperioden mellom jordens dannelse og proterozoikum som arkeikum.Stratigrafien inndeler arkeikum i fireæraer:eoarkeikum,paleoarkeikum,mesoarkeikum ogneoarkeikum. De respektive skillene går ved hhv. 3,6 og 3,2 og 2,8 milliarder år før nåtiden.
Det er en økende erkjennelse (2013) i geologimiljøene av at det neppe fantes noesuperkontinent i arkeikum. De første, varigekontinentalplatene ellergrunnfjellsskjoldene –Laurasia,Baltika ogSiberia – ble nok dannet før 2,5 milliarder år siden, men neppe lenge før dette, og det er ingen faste holdepunkter for at de var sammenkoblet i superkontinenter førColumbia oppstod i proterozoikum.
Geovitenskapene har bidratt med detaljert informasjon om jordens fortid. Den tidligst daterte materie i solsystemet ble dannet for mer enn 4,6 milliarder år siden, og for 4,6 milliarder år siden ble jorden og de andre planetene i solsytemet dannet fra enprotoplanetarisk skive av støv og gass som var til overs etter dannelsen av solen. Jorden ser ut til å ha oppstått av ulike fragmenter av gasskyen som også ga opphav til resten av himmellegemene i solsystemet. Nå ble selve planeten formet, og bombardert av meteoritter, dverg- og protoplaneter fra universet. Det anslås at flere millioner meteoritter har skapt kratere med mer enn 1 km diameter, mens jordas geologiske prosesser har slettet sporene og bare synlige 160 kratere er påvist.[1]
Sammensettingen av jordens materie skjedde raskt, i all hovedsak i løpet av 10-20 millioner år. Når kosmisk støv og steinmateriale først begynte å kollidere og danne jorden, økte denne nye planetens gravitasjonskraft som igjen akselererte ytterligere tiltrekning av materie.[2] De stadige sammenstøtene ogmeteoritt-nedslagene utviklet stor varmeenergi, som bidro til å smelte ned steinmaterialet som utviklet seg til en indre kjerne avjern og et ytre lag avsilikater. Etter hvert ble også det ytre laget separert i en tyngremantel og en letterejordskorpe. Det er vanlig å anta at tyngre mineraler sank ned i forhold til de lettere, men bergarter ble også trukket nedover eller oppover basert på deres evne til åbinde seg med henholdsvis jern eller oksygen.[3]
Fra å være i smeltet tilstand, gikk jordens ytre lag over til en fast skorpe ved nedkjøling da vann ble akkumulert i atmosfæren. Jordskorpen var tynn og sprakk opp gang etter gang med en stor mengde vulkanutbrudd, og antakelig dannet det seg tidlig et samlet kontinent som så sprakk opp.[4] Månen ble dannet kort tid etterpå, for om lag 4,5 milliarder år siden. Den (2013) mest anerkjente teorien for dannelsen av månen ernedslagsteorien, som innebærer at månen ble dannet da et objekt på størrelse medMars - noen ganger omtalt somTheia - tilsvarende om lag 10 % av jordens masse, kolliderte med jorden i et gigantisk sammenstøt. Denne teorien innebærer at dette objektet smeltet sammen med jorden, men at tilstrekkelig med materie til dannelsen av månen ble sendt i bane rundt jorden.
I tidlig arkeikum (4,6 – 4,0 mrd år siden) var jordas mantel svært varm, oglitosfæren (jordskorpen) ytterst var så lett at den neppe sank ned i mantelen. Jordskorpa bestod av myebasalt ognatriumrike masser. Natriumrike mantelmasser kunne noen steder trenge oppover i basaltkappen og danne kropper av kvartsrike dypbergarter –tonalitt,trondhjemitt oggranodioritt (TTG). Horisontale smeltemasser ble tilgrønnsteinsbelter av omdannet basalt, ofte med magnesiumrikkomatiitt, og ofte omgitt av tonalitt-gneis. Bergarter fra arkeisk tid er ikke preget avomsmelting gjennom nedsynking i mantelen, slik bergarter fra sen arkeikum ogproterozoikum preges av. I proterizoikum ble bergartene også merkaliumrike.
Siden omkring1950 hargeologer jaktet på de eldste bergartene. Høyeste kjente alder for bergarter er 3,96 milliarder år, menssandstein funnet iAustralia harklaster som har blitt datert til 4,1–4,2 milliarder år gamle. Radiometrisk datering avmeteoritter og bergarter funnet påMånen har gitt aldre på opp til 4,56 milliarder år[5] og vi regner dette som et anslag på hvor gammel Jorden kan være. Grunnen til at vi ikke finner så gamle bergarter på jordkloden er at den i tidlig arkeikum var for varm til å starte den radiometriske klokka i bergartene, som brukes for å datere mineraler ved hjelp avhalveringstider. Og selve kontinentene er ikke noen steder eldre enn om lag fire milliarder år, mens havbunnen fornyes kontinuerlig. Ingen havbunn regnes for å være eldre enn 200 millioner år.[6]
Det tok om lag 500 millioner år før kloden ble kjølnet ned nok til at det kunne danne seg en sammenhengendejordskorpe oppåmagmaen. For fire milliarder år siden må det også allerede ha eksistert etosean. Dette var imidlertidlivløst til å begynne med, selv om det er funnet rester avkarbon i sedimentære (havbunnsavsatte) bergarter på Grønland som er 3,8 milliarder år gamle. Etter at havet hadde oppstått, var det etter hvert lite eller ingen landmasser på jorden. Nå oppstod nettopp sen-arkeiske,sedimentære bergarter somskifer,konglomerat ogkvartsitt.
Smeltingen og krystalliseringen i arkeikum skapte gassutblåsninger, vanndamp ogvulkansk aktivitet som bidro til jordas uratmosfære. Den ble fylt medhelium oghydrogen som ble avgitt fra jorden, men hovedbestanden i uratmosfæren varsvovel. Man har tradisjonelt antatt at atmosfæren var ytterst livsfiendtlig i første halvdel av arkeikum, utenoksygen ellerozon, men med mersvovel enn i dag og preget av stadige, sterketordenvær. De første organismene -prokaryoter - utviklet seg på denne tiden og «pustet» trolig svovel i stedet for oksygen. Denne typen liv kan ha utviklet seg tilpasset den første, svovelholdige atmosfæren. men det fremmes også teorier om at atmosfæren hele tiden har hatt oksygen, siden tidlig arkeikum.[7]
For 3,8 milliarder år siden ble jorden (og månen) antatt utsatt for et nytt, kraftig meteoritt-bombardement som sammen medsolvind rev bort den første atmosfæren. Bombardementet skapte intens varmeutvikling og vulkanisme, som nok en gang frigjordenitrogen,karbondioksid ogvanndamp. Disse elementene ble nå nedbrutt avultrafiolett lys fra sola og omdannet tilhydrogen,oksygen ogozon i en relativt oksygenfattig, ny atmosfære.[8] Vanndampen kondenserte og dannethavene for kanskje 4 milliarder år siden, godt hjulpet av is og flytende vann fra asteroider,protoplaneter,kometer ogtransneptunske objekt. Til tross for at solen utstrålte om lag 30 % mindreenergi enn den gjør i dag, viser forskning at havene forble flytende, en selvmotsigelse formulert iden svake sols paradoks. En kombinasjon avdrivhusgasser og øktsolaktivitet bidro til økning av jordens overflatetemperatur, og forhindret at havene frøs over. Utviklingen av liv i havene etter relativt kort tid, avga oksygen som lagret seg i den nye atmosfæren.
Etter athavet oppstod for 4 milliarder år siden, var det etter hvert lite eller ingen landmasser på jorden. De første spor etterorganismer (blågrønn- eller lignendebakterier) er ca. 3,6 milliarder år gamle. For 3,5 milliarder år siden ble jordens magnetfelt dannet, noe som forhindretsolvind fra å bryte ned jordens nye atmosfære. Iproterozoikum, før utviklingen av større dyr, var de grunne havområdene sannsynligvis dekket av matter dannet av mikroorganismer, ifølge professorDavid Bottjer. Da liv med evne tilfotosyntese oppstod for mer enn 3,5 milliarder år siden[9], ble det avgitt store mengderoksygen fra blant annetblågrønnbakterier, og dette bidro gradvis til å øke oksygeninnholdet i atmosfæren.
Den danske geologiprofessorMinik T. Rosing og kolleger vedStanford University mener kontinentalskorpene oppstod i takt medanaerobt liv. Mangelen på landmasser skapte vesentligsedimentære bergarter somskifer,konglomerat ogkvartsitt i sen arkeikum. Når lava steg opp til overflaten gjennom basaltskorpen, ville den normalt avkjøles og størkne til tungbasalt og gradvis synke ned i magmaen igjen, smelte ved 1100–1200 °C og stige opp for å størkne på ny, i en kontinuerlig geologisk prosess. Basalten gjennomgikk nå en økende oksidasjonsprosess og forvitret.
Basalt som er blitt forvitret av oksygen vil smelte ved «kun» 650 °C, utskilles og stige opp til overflaten der den størkner til langt letteregranitt, som finnes på samtlige kontinenter, men er uhyre sjelden ellers i solsystemet. Relativt lett granitt la seg oppå den tyngre basalten og lot basaltsyklusen fortsetter under dekket av granitt, som forble stabilt og flytende. Vi hargrunnfjell fra denne tiden i Norge, rester av en arkeisk fjellkjede finner vi iLofoten med aldre opptil 3,3 milliarder år. Urbergarten granitt opptar for øvrig svært lite oksygen i friluft, og dette bidro derfor til stadig mer fritt oksygen i atmosfæren.
De eldste mineralene som finnes på jorden, er zirkon-krystaller datert til 4,4 milliarder år før nåtid. Men de flestekratoner avgrunnfjell oppstod fra 3,8 milliarder år siden, dvs etter det som tidligere kaltes hadeikum. Vi finner ca. 3,8 milliarder år gammel berggrunn i blant annet Australia og på Grønland, og de eldste bergartene er som regel gneis. I Norge oppstår gneis som er over 2,8 milliarder år gammel iSør-Varanger. Et svært gammelt mineral erjern, som opptrer fra 3 milliarder år siden iMinnesota og 2,7 milliarder år gammelt i Sør-Varanger.
De tidlige havene inneholdt også store mengder oppløstjern. Oksygenet som ble produsert gjennom fotosyntesen av mikroorganismene reagerte med jernet og ble felt ut som jernoksid. Dette foregikk over hundretalls millioner år, og da alt jernet var felt ut for ca. 2,2 milliarder år siden, lå det igjen er skorpe av rust på bunnen av verdenshavene som inneholder 20 ganger mer bundet oksygen enn hva vi i dag finner i fri form. Først nå kunne det produseres et reelt overskudd av oksygen. Nivået i atmosfæren fortsatte så å stige i de neste årmillionene, og for noe over 500 millioner år siden var det høyt nok til at større dyr kunne utvikles i havene og livet kunne begynne å invadere landjorden.
