Hadean (Hadeikum) – Jordens första eon: bildning, miljö och månen

Upptäck Hadeikum: Jordens första eon — bildning, våldsamma nedslag, månbildning, tidiga miljön och zirkonfynd från 4,6–4,0 miljarder år sedan.

Hadean är den geologiska eon som föregår Arkean. Den började när jorden bildades för cirka 4,6 miljarder år sedan och slutade för 4 miljarder år sedan. Namnet "Hadean" kommer från Hades, grekiska för "underjorden", på grund av förhållandena på jorden vid den tiden. Geologen Preston Cloud använde termen för första gången 1972. Meteoritbeskjutning, vulkanism och höga temperaturer var mycket utbredda på den tidiga jorden.

Tidsram, värme och inre differentiering

Under Hadeikum skedde en snabb inre differentiering: tunga ämnen som järn sjönk mot jordens centrum och bildade en tidig kärna, medan lättare material flyttades uppåt och bildade manteln och den tidigaste skorpan. Stora kollisionshändelser och värme från radioaktivt sönderfall bidrog till att hålla stora delar av den unga jorden partiellt smälta — en så kallad magma-ocean — under delar av eonen. Denna heta, dynamiska fas var avgörande för planetens kemiska utveckling och magnetfältets uppkomst.

Bildning av månen

Tidigt i jordens historia slets månen ut av en massiv kollision med en protoplanet. Bevisen för denna hypotes om en jättekollision är följande:

1. den anmärkningsvärda likheten mellan jordskorpan och månens sammansättning,
2. den låga järnkoncentrationen i månens centrum, och
3. det stora vinkelmomentet i jord-mån-systemet.

Den stora kollisionen — ofta kallad "Theia-impakten" — skulle ha avlägsnat mycket material från jordens yttre delar och kastat upp en ring av het, smält materie som efter hand förenades till månen. En sådan kollision förklarar både de isotopiska likheterna mellan jorden och månen och den energi som behövdes för att ge systemet dess höga vinkelmoment.

Geologi och de äldsta mineralen

Det finns inga sedimentära bergarter från Hadean överhuvudtaget i bevarat tillstånd. De tidigaste geologiska föremålen på jorden är några zirkoner, som daterats till cirka 4 400 miljoner år sedan (mya). Dessa mikrokristallina zirkoner — särskilt de berömda Jack Hills-zirkonerna i Australien — ger viktig information om förhållandena på jordytan eftersom deras isotopsammansättning och inkluderingar bevarar spår av temperatur, väte- och syreinnehåll och tidig bergartsbildning.

Zirkonernas isotoper visar att vandligt vatten sannolikt fanns på eller nära ytan redan omkring 4,4 miljarder år sedan, vilket antyder att hav kan ha börjat bildas tidigt, så snart temperaturerna tillät det. Samtidigt gjorde intensiv meteoritbeskjutning, vulkanism och kontinuerlig omlagring av jordskorpan att bevarade stora krustfragment från denna tid är mycket sällsynta.

Sena tunga bombardemanget och kratering

En förklaring till den allmänna bristen på stenar från Hadea (äldre än 3800 mya) är den stora mängden sten- och isrester som fanns i det tidiga solsystemet. Efter att de åtta planeterna bildats, följde ett stort antal överblivna protoplaneter, asteroider och kometer excentriska banor i hela vårt system och bombarderade den tidiga jorden och de andra planeterna och månarna fram till cirka 3800 mya. Denna aktivitet kan ha förhindrat att några stora krustafragment bildades genom att bokstavligen splittra de tidiga protokontinenterna. En spärr av särskilt stora nedslag som kallas det sena tunga bombardemanget utgör höjdpunkten i denna våldsamma epok.

Studier av månens kraterhistoria och dateringar av månstenar antyder att bombardemanget kan ha nått sin topp runt 3,9 miljarder år sedan, men detaljerna och orsakerna till detta skede diskuteras fortfarande aktivt inom forskningen.

Atmosfär, hav och klimat

Inga livsformer är kända från denna eon. Den tidiga atmosfären innehöll koldioxid, metan och kväve, men nästan inget syre.

Atmosfären under Hadeikum var troligen täta och rik på växthusgaser, vilket hjälpte till att hålla planetens yta varm trots att solen var svagare än i dag (det så kallade "faint young Sun"-problemet). Vulkanisk outgassing bidrog med stora mängder koldioxid, vattenånga, svavel- och kväveföreningar. Delvisa kondensationer av vattenånga och kylning efter intensiva nedslag möjliggjorde bildandet av tidiga hav och sjöar där förhållanden kunde vara mer tempererade än den övergripande heta bilden annars antyder.

Möjligheter för liv och tidig kemi

Det finns inga obestridliga bevis för liv under själva Hadeikum. Vissa isotopiska och kemiska signaler från mycket gamla bergarter (och från yngre, starkt omvandlade sediment) har tolkats av vissa forskare som möjliga tecken på biologisk aktivitet redan tidigt i jordens historia, men dessa tolkningar är omtvistade. Det mesta av nuvarande konsensus är att även om förutsättningarna för förlivligande kemi och förstadier till liv kan ha funnits — exempelvis i hydrotermala miljöer vid havsbotten eller i skyddade grunda miljöer — så saknas än så länge entydiga fossil eller biokemiska markörer från Hadean.

Hur vi vet vad vi vet

Vår kunskap om Hadeikum kommer i huvudsak från:

• radiometrisk datering av de äldsta zirkonerna (U-Pb-metoden),
• isotopanalyser (t.ex. syre- och hafnium-isotoper) som ger information om temperatur, väte- och oxiderande förhållanden och tidig kontinentbildning,
• studier av månens geologi och provtagna månstenar som speglar tidiga händelser i jord-mån-systemets historia, och
• geokemiska modeller och laboratorieförsök som rekonstruerar hur en ung, varm jord kunde utvecklas kemiskt.

Tills fler och äldsta jordmaterial hittas eller bättre analyser utvecklas, fortsätter forskningen att finslipa vår bild av Hadeikum — från en våldsam, glödande period till en värld där vatten, bergarter och kanske de första kemiska stegen mot liv kunde uppstå.

Frågor och svar

F: Vad är den hademiska eon?

F: Varifrån kommer namnet "Hadean"?

F: Vem använde först termen "Hadean"?

F: Hur såg förhållandena ut på den tidiga jorden?

F: Finns det några sedimentära bergarter från denna eon?

F: Vilka bevis stöder hypotesen om ett jätteinslag för hur vår måne bildades?

F: Varför finns det så få stenar från den här eran?

Sök med bokstav