miniatuur|Artistieke impressie van een landschap in het Archeïcum. Het geologisch tijdperk van het Archeïcum, ook Archaïcum of Archeozoïcum (Engels: Archean of Archaean), is een eon in de vroege geschiedenis van de Aarde dat duurde van 4 tot 2,5 miljard jaar (2,5 Ga) geleden. Het Archeïcum is het middelste van de drie eonen van het Precambrium. Het volgt op het Hadeïcum en wordt gevolgd door het Proterozoïcum. Het begin van het Archeïcum valt samen met de ouderdom van de oudste gesteenten op Aarde.
Het Archeïcum begon toen de Aarde geleidelijk een vriendelijkere omgeving voor leven werd na afloop van een intens bombardement van meteorieten. In dezelfde periode kwamen vermoedelijk de juiste omstandigheden en ingrediënten samen voor het ontstaan van het eerste leven. De planeet was echter naar huidige maatstaven nog onherkenbaar: de atmosfeer was reductief en bevatte geen zuurstof, in het oceaanwater was veel ijzer opgelost en continenten waren nog bezig te ontstaan. Het leven diversificeerde zich tijdens het Archeïcum tot uiteenlopende groepen eenvoudige anaerobe microben. Sommige daarvan ontwikkelden de mogelijkheid door fotosynthese zuurstof te produceren. Aan het einde van het Archeïcum begon dit invloed te hebben op de atmosfeer en oceanen, wat aan het begin van het Proterozoïcum uitliep op een grote omslag: de zogenaamde 'zuurstofcrisis'. In dezelfde periode verschenen waarschijnlijk ook de eerste moderne cellen (eukaryoten).
Onderzoek en indeling miniatuur|Met deze kaart van Noord-Amerika toonde James Dwight Dana aan waar gesteente uit het Archeïcum (wit gekleurd) te vinden is. Dana's definitie van het Archeïcum omvatte ook jonger gesteente, dat tegenwoordig tot het Proterozoïcum wordt gerekend. Kaartje uit Manual of Geology (1880). Aan het einde van de 18e eeuw begonnen natuuronderzoekers gesteentelagen in te delen in systemen, series, eonen en andere tijdperken. De sporadische aard van fossielen maakte dat voor het Precambrium veel lastiger dan voor jongere lagen. De eerste die een poging waagde was William Edmond Logan, die in 1857 het Precambrium van Canada in "Laurentische" en "Huronische" gesteenten indeelde. De grens tussen de twee eenheden komt overeen met die tussen het Archeïcum en Proterozoïcum.
De namen Archeïcum en Archeozoïcum werden - in hun Engelse vormen - in 1872 voor het eerst gebruikt door de Amerikaanse geoloog James Dwight Dana. Dana bedoelde met Archeïcum alle gesteenten ouder dan het Paleozoïcum. Tot die tijd werden dergelijke gesteenten "Azoïcum" - levenloos - genoemd, maar Dana had ontdekt dat er in sommige lagen wel degelijk sporen van leven voorkwamen en wilde een onderscheid maken tussen "Azoïsche" en "Archeozoïsche" lagen. Het Proterozoïcum werd een halve eeuw later door de Amerikaanse geologische dienst als jongere eenheid ingevoegd, waardoor het Archeïcum een stuk eerder kwam te vallen. De naam werd overgenomen in andere delen van de wereld. In 1972 plaatste Preston Cloud nog een derde eon "Proterophyticum" tussen het Archeïcum en Proterozoïcum, maar dit sloeg niet aan. Sindsdien is de tijdschaal in handen van de ICS en is de plek van het Archeïcum ongeveer gelijk gebleven. In 2012 werd wel nog voorafgaand aan het Archeïcum het Hadeïcum toegevoegd - het eon van het ontstaan van de Aarde tot de ouderdom van de oudst bekende gesteenten.
Het Archeïcum wordt onderverdeeld in vier era's, van meest recent tot langst geleden: Neoarcheïcum (2,8 - 2,5 Ga) Mesoarcheïcum (3,2 - 2,8 Ga) Paleoarcheïcum (3,6 - 3,2 Ga) Eoarcheïcum (4,56 - 3,6 Ga)
Zowel het begin als het einde van het Archeïcum zijn niet gedefinieerd met een gebeurtenis, maar bij ronde getallen. Het begin ligt ongeveer bij de ouderdom van de oudst bekende gesteenten. Dit zijn de Acasta Gneiss in het noordwesten van Canada en de Isuagroensteengordel in het westen van Groenland. Uit het Hadeïcum (het eon van het ontstaan van de Aarde tot 4,0 miljard jaar) is geen gesteente overgebleven. Wel zijn er kristallen ouder dan 4,0 miljard jaar gevonden in het Australische Pilbarakraton. Het Archeïcum eindigde 2,5 miljard jaar geleden, in een tijd dat de Aarde aan grote veranderingen onderhevig was. Mogelijk zal het einde van het Archeïcum in de toekomst worden verplaatst naar een wereldwijd herkenbare gebeurtenis in het geologisch archief, maar er is meer onderzoek nodig om dat mogelijk te maken.
Geologie van het Archeïcum miniatuur|Kussenlava in de Mount Ada Basalt in het oostelijk Pilbarakraton.Afbeelding uit: Brenner et al. (2024) Deze basalteenheid is ongeveer 3460 miljoen jaar oud. miniatuur|Een stuk van een banded iron formation afkomstig uit de 3,15 miljard jaar oude Moodies Group van de Barbertongroensteengordel, Zuid-Afrika. Gesteente uit het Archeïcum is meestal sterk gemetamorfoseerd. Er wordt aangenomen dat zo'n 70% van de continentale landmassa op Aarde in het Archeïcum is ontstaan.
Bekend zijn onder andere de komatiieten van West-Groenland, met 3,8 Ga een van de oudst gedateerde ontsloten gesteenten op Aarde.
Aangroei van continentale korst Waarschijnlijk was er al een aardkorst voor de oudst bekende gesteenten gevormd werden. Deze korst was zeer waarschijnlijk mafisch van samenstelling. Door de hoge warmtestroom aangedreven werd deze korst snel aangemaakt en weer vernietigd.
Felsisch magma kon niet direct ontstaan door het partieel smelten van de mantel - daarvoor was de warmtestroom te hoog. De granuliet-gneisterreinen die het grootste deel van Archeïsche kratons vormen zijn echter felsisch, hoewel hun samenstelling verschilt met wat tegenwoordig gangbaar is. Tonaliet, trondhjemiet en granodioriet lijken op graniet maar bevatten meer calcium en natrium. Magma met zulke chemische samenstelling ontstaat tegenwoordig alleen op plekken waar zeer jonge oceanische korst subduceert. Dit suggereert dat in het Archeïcum de cyclus van aanmaak en subductie van oceanische korst een stuk sneller verliep, dankzij de hogere warmtestroom binnenin de Aarde.Martin (2018)
Inslagen van meteorieten Het begin van het Archeïcum valt tijdens het Late Heavy Bombardment (LHB), een verondersteld stadium van regelmatige meteorietinslagen. Het LHB duurde van ongeveer 4,3 tot 3,5 miljard jaar geleden. Het bestaan ervan is afgeleid uit tellingen en de datering van inslagen op de Maan, en wordt ondersteund door computermodellen voor de evolutie van het Zonnestelsel. De meeste kraters op de Maan zijn zeer oud en tijdens het LHB ontstaan, culminerend met de inslag die het Imbriumbekken vormde, rond 3,9 miljard jaar geleden. Wegens het ontbreken van aardoppervlak van zulke hoge ouderdom bestaat er geen direct bewijs voor een fase van regelmatige inslagen op Aarde. Omdat de Aarde een veel grotere aantrekkingskracht dan de Maan heeft is het echter aannemelijk dat ze hetzelfde bombardement onderging.
Het oudste directe bewijs voor inslagen op Aarde is iets jonger dan 3,5 miljard jaar. Het zijn hooguit enkele millimeter grote bolletjes in sedimentlagen uit het Paleoarcheïcum. Deze bolletjes bestonden ooit uit "geschokte kwarts". Zulk materiaal ontstaat door het snel condenseren en neer regenen van silica na een grote meteorietinslag, waarbij de hitte silicaten doet verdampen. Bij de grootste inslagen ging het waarschijnlijk om inslagobjecten van 20 tot 50 km groot - de grootte van planetoïden. De inslagkraters van zulke objecten moeten enkele honderden kilometer groot zijn geweest. De inslagbolletjes komen op regelmatige niveaus voor in de Warrawoona Group uit het Pilbarakraton en in de Barbertongroensteengordel in Zuid-Afrika. Opmerkelijk is dat in beide kratons de inslagniveaus zich concentreren in lagen met een ouderdom tussen de 3,47 en 3,23 en 2,64 tot 2,49 miljard jaar.Simonson & Harnik (2000) De sedimentlagen bestaan door alteratie niet langer uit de oorspronkelijke mineralen, maar de hoge concentratie spoorelementen uit de platinagroep (met name iridium) en isotopen van chroom geven aan dat ze buitenaards materiaal bevatten. Spoorelementen en isotopen in inslaglagen uit het vroege Archeïcum komen goed overeen met die van koolstof-chondrieten.
Atmosfeer en klimaat De atmosfeer van de Aarde heeft opvallende verschillen met de buurplaneten Venus en Mars. Die van de Aarde is veel rijker in stikstof (N2), zuurstof (O2) en water (H2O) en juist armer in koolstofdioxide (CO2). Aangenomen dat de drie planeten oorspronkelijk dezelfde samenstelling hadden, zijn ze in de loop der tijd verschillend ontwikkeld. In dat geval is het aannemelijk dat de aardatmosfeer in het Archeïcum nog meer op die van Venus en Mars leek (en dus rijker was in CO2 en armer in O2 en N2). Isotopenonderzoek heeft bewijs opgeleverd dat de aardatmosfeer aan het begin van het Archeïcum inderdaad voornamelijk bestond uit koolstofdioxide, koolstofmonoxide (CO), stikstof en methaan (CH4). Oorspronkelijk bevatte ze ook veel waterdamp, maar water was met het afkoelen van de planeet gecondenseerd en neergeregend op het oppervlak - waarmee de oceanen ontstonden.Condie (2022)
De samenstelling van de atmosfeer is sindsdien met name veranderd door de toevoeging van gassen door vulkanisme, het verwijderen van gassen door verwering, de uitwisseling van gassen met de oceanen en biologische processen. Het is aannemelijk dat deze processen op andere planeten niet of niet in dezelfde mate plaatsvonden.Rollinson (2007) De atmosfeer was in ieder geval tot de opkomst van de biologische productie van zuurstof (fotosynthese) veel reduciever van aard dan tegenwoordig.
Temperatuur Hoewel de vroege Aarde vaak is voorgesteld als een hel van vulkanen en magma-oceanen, klopt dat beeld niet. Er is veel geologisch bewijs dat de temperatuur aan het aardoppervlak tijdens het Archeïcum vergelijkbaar of slechts iets hoger was dan tegenwoordig. De aanwezigheid van kussenlava's, mariene sedimenten, en microfossielen wijzen er allemaal op dat op het aardoppervlak al tijdens het Archeïcum vloeibaar water voorkwam. Zelfs de oudst bekende sedimenten, uit de 3,9 miljard jaar oude Issuagroensteengordel, zijn in een oceaan afgezet. Glaciale afzettingen ontbreken in het Archeîcum, met uitzondering van diamictieten uit de 2,9 miljard jaar oude Pongola Supergroup. Daarop na was de Aarde tijdens het Archeïcum waarschijnlijk ijsvrij.
Een directe aanwijzing voor de temperatuur van het zeewater volgt uit zuurstofisotopenanalyse van laagjes hoornsteen ('chert'). Bij de vorming is de verhouding van zuurstofisotopen in hoornsteen gelijk aan die in het zeewater. Sediment uit het Archeïcum heeft lage δ18O-waarden. Dit geeft een zeewatertemperatuur tussen de 55 en 85 °C.Knauth 2005 De betrouwbaarheid van de methode is onduidelijk, omdat alteratieprocessen de isotopen in zulke oude gesteenten kunnen hebben beïnvloed. Als voor elke ouderdom de hoogste waarde voor δ18O wordt genomen, levert dit echter een redelijk geloofwaardige temperatuurcurve. De ontwikkeling van aerobe bacteria was bovendien onmogelijk geweest bij een watertemperatuur hoger dan 73°C.Lowe & Tice (2004) De meeste onderzoekers gaan er daarom vanuit dat de zeewatertemperatuur tussen het huidige gemiddelde (15°C) en 30 graden warmer lag. Er waren in de loop van het Archeïcum mogelijk verschillende uitschieters, met minima vlak onder 0°C.
Zuurstof De aardatmosfeer bevatte tijdens het Archeïcum vrijwel geen zuurstof. Veel van de huidige levensvormen hadden dus niet kunnen overleven. De partiële druk van dizuurstofgas (O2) in de atmosfeer was slechts een honderdduizendste van de huidige waarde (10-5 atm). Rond 2,3 miljard jaar geleden nam de hoeveelheid zuurstof relatief plotseling sterk toe. Er zijn verschillende verklaringen waarom dit gebeurde.