太古代（アルケー紀）—約40〜25億年前の地球史と原始生命の誕生

太古代（アルケー紀）約40〜25億年前の地球史と原始生命誕生を解説。火山活動、ストロマトライト、シアノバクテリアと酸素の起源を探る

アルケー紀（アルケアン）は、年代で見て約40〜25億年前にあたり、ハーデーン期の後、原生代の前に位置する地球史の主要な時代の一つ（地球の4つの主要なイオーンの一つ）です（イオーン）。この時代は、地球表面や大気・海洋の化学組成、地殻の成長、そして原始的な生命の誕生と初期進化が進行した重要な期間です。

地質学的特徴と地殻の発達

アルケー紀の生き残った岩石の多くは、火山性（火成岩）と変成岩を起源とするものです。火山活動は非常に盛んで、若い地球の高い熱流によりマグマ供給や熱変性が広範囲で起こりました。アルケー紀の始まり頃の地球の熱流は現在の約2〜3倍に達していたと推定され、時代の終わり（約25〜27億年前）でも現在より高い熱流が残っていました。この高い熱流は、現代とは異なる活発なプレート挙動や地殻形成の様式をもたらした可能性がありますが、プレートテクトニクスをいつ本格的に開始したかは依然として研究課題です。

アルケー紀を通じて大陸の断片（古期地殻、クラトン）が成長し、後期アルケー紀には大規模な超大陸の候補として超大陸の一例であるヴァールバラ。の形成が提唱されています。これらの初期大陸や珪長質地殻は以後の地質史の基盤を築きました。

大気・海洋・化学組成

アルケー紀の大気はほとんど完全に遊離酸素を欠いており、現在とは大きく異なる還元的な組成でした。大気と海洋は高濃度のメタンや_{二酸化炭素}、一酸化炭素、硫化水素などを含んでいたと考えられます。溶存酸素が少ない海では、生命活動によって放出された限られた酸素はまず海水中の鉄イオンと反応し、鉄と結びついて沈殿しました（これが後に縞状鉄鉱層＝Banded Iron Formationsを形成します）。このため、大気中に酸素が蓄積し始めるのはアルケー紀の終わりから原生代にかけて、さらにその後の大きな環境変化（大酸化事変）を経てからです。

原始生命の証拠と生物学的活動

アルケー紀には初期の生命活動を示す多くの痕跡が見られます。最古の堆積岩や微化石、そして生物膜が作る構造が保存されており、特にストマトライトとして知られる層状の化石的構造や、細菌マットは、古い堆積層から多数報告されています。これらは、約35億年前（約3.5Ga）以降のアルケー紀の各地層で見つかり、シアノバクテリアが光合成を行い副産物として酸素を放出して作られたと解釈されるものが多いです。

当時の生物は主に嫌気性（酸素を必要としない）で、化学合成（化学物質からエネルギーを得る）を行う微生物や、メタン生成菌や硫黄代謝を行う細菌・古細菌が重要な役割を果たしていたと考えられます。微化石としては、原始的な細胞の痕跡や有機顆粒（アクリタルクなどの有機微化石）が知られています。

生成した酸素の多くはすぐに海水中の溶液中の鉄イオンと結合して固定化され、これが縞状鉄鉱層の堆積を引き起こしました。大気中への酸素蓄積（大酸化事変）はアルケー紀末〜原生代初頭にかけて進展した重要な変化です。

重要な化石記録と発見例

• ストロマトライトと微化石：約35億年前以降に広く分布し、光合成による生物活動の存在を示す。
• 縞状鉄鉱層（BIF）：鉄の酸化・沈殿により形成され、海洋と大気中の酸素循環の手がかりを与える。
• 雨滴痕跡：後期アルケー紀、約27億年前とされる堆積層から化石的な雨粒痕が報告されています。これは1980年代に南アフリカ北西部州のベンターズドープ（Ventersdorp）で発見されたもので、当時の気候や大気圧の手がかりとして注目されました。

研究上の意義と未解決問題

アルケー紀は地球科学・生物学ともに多くの基礎的変化が起こった時代であり、現在の地球環境の成立過程を理解するうえで極めて重要です。一方で、初期のプレートテクトニクスの開始時期、地殻や大陸の成長速度、初期生命の起源とその代謝経路の詳細など、多くの問題が未解決で活発に研究されています。年代決定には放射年代測定などの地質学的手法が用いられ、各地での新しい発見が古地球環境の解像度を高めています。

要点：アルケー紀（約40〜25億年前）は、活発な火山活動と高い熱流、低酸素の還元的環境、初期の堆積岩と微生物活動（ストマトライトや微化石）の出現、そして大陸地殻の成長が進行した時代であり、地球と生命の初期進化を理解する上での核心的な時期です。

質問と回答

Q:アーキエイオンとは何ですか?

Q: アルカイ年代に見られる岩石にはどんなものがあるの?

Q:この時代にプレートテクトニクスはあったのか?

Q:この時代にも海はあったのですか?

Q:この時代の地球の大気はどうなっていたのでしょうか?

Q: 化石生命はいつごろ出現したのでしょうか?

Q:地球の大気中に酸素が増え始めたのはいつ頃?

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