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1. 개요
始生累代 ｜ Archean Eon시생누대는 명왕누대 다음의 이언으로 기간은 기원전 38억 년~기원전 25억 년(약 13억 년)으로 기원전 40억 년에 만들어진 것으로 추정되는 최초의 생명체 화석이 인정되면 시작 시점이 기원전 40억 년이 된다.
시생누대는 명왕누대, 원생누대, 현생누대와 함께 지질학적인 가장 큰 분류인 4개의 이언들 중 하나다. 두루두루 시생대라고 불렸으며 원생대를 세분화하려는 움직임을 이어 이런 이름이 붙여진다.
층서법에 의해 그 시기가 정해진 다른 지질 시대들과는 달리 이 시대는 연대 측정을 통해 정의되었다. 국제층서학위원회의 공식적인 의견은 시생누대의 최하부 경계가 기원전 40억 년에 생성되었다는 것이다. 하지만 그것이 기원전 40억 년보다는 기원전 38억 년에 더 가깝다는 의견도 있다.
과거에는 명왕누대를 굳이 다른 지질 시대로 구분할 필요가 없었기 때문에 시생누대를 지구 탄생 이후부터 기원전 25억 년까지로 정의했었다. 하지만 최근 들어 지르콘을 이용한 연구가 활발하게 증가하면서 명왕누대가 독립된 지질 시대로 인정받게 되었다. 시생누대의 영문 이름 Archean은 "시작, 탄생, 원천"이라는 의미를 지닌 고대 그리스어 Αρχή (Arkhē)에서 비롯되었는데, 그 어원에서 드러나듯이 이 시기에 유기 화합물의 진화 결과로 인해 최초의 생명이 탄생하였다고 추정되고 있다.
2. 분류
3. 시생누대의 지구
3.1. 판구조
시생누대 초기의 지구는 지금과는 다른 판 구조 양상을 보였다. 일부 과학자들은 당시 지구가 매우 뜨거웠기 때문에 판 구조 활동이 지금보다 더욱 활발했으며, 지각 물질이 지금보다 더 빠른 주기로 순환했을 것이라고 주장하고 있다. 그 때문에 맨틀이 식고 지각 물질의 대류 속도가 느려지기 전까지는 대륙괴 및 대륙의 성장 속도가 더뎠을 것으로 보고 있다. 이와는 반대로 이때의 대륙판 암석권은 섭입하기에는 너무 가벼웠으나 시원누대[1]의 암석이 드문 것은 이후의 판 구조 활동에 의한 침식 때문이라는 주장도 있다. 시원누대 동안 판 구조 활동이 있었는가 하는 문제는 현대 지구 과학에서 활발히 연구되는 분야이다.시생누대 당시의 대륙 형성에 있어서 학계는 크게 두 가지 학파로 나뉘고 있다. 우선 첫 번째 학파에서는 시생누대 말기까지는 큰 대륙이 없었을 것으로 추정하고 있다. 작은 원시 대륙들이 일반적이었으나 활발한 지질 활동으로 인해 이들이 충돌하여 더욱 큰 대륙을 형성하는 것이 어려웠을 것이라는 입장이다.
한편 미국의 지질학자 리차드 암스트롱의 영향을 받은 두 번째 학파에서는 대륙이 지구의 탄생 후 첫 5억 년 동안 현재와 비슷한 수준의 크기로 성장해 그 크기가 지구의 역사 내내 유지되었을 것이라고 주장하고 있다. 지각 물질들이 맨틀 밑으로 가라앉고 다시 맨틀 밑으로 가라앉은 물질들이 표면으로 올라오는 순환을 통해 대륙의 크기가 일정하게 유지되었을 것이라는 게 그들의 입장. 물론 아직까지 이 문제에 대해서 정답은 발견되지 않았다.
3.2. 고환경
시생누대의 대기에는 산소가 부족하고 질소와 이산화탄소가 지금보다 높은 기압으로 대기 중에 대량으로 존재했다. 천문학자들은 기원전 38억 년 시점에 태양의 광도가 지금의 0.75배에 불과했을 것이라 보고 있는데, 그럼에도 불구하고 시생누대 지구의 온도는 지금과 비슷하거나 고시생대까지 바다 온도가 50도를 넘는 등 더 높았다. 이 당시 지구는 다른 천체들과의 충돌이 활발하고, 초화산 같은 화산 활동이 활발했는데 이로 인해 지각이 녹았다가 다시 식어 가라앉는 동안 대량의 온실가스가 발생했기 때문이다. 그래서 태양의 광도가 상대적으로 낮았음에도 불구하고 비교적 높은 온도를 유지할 수 있었다.시생누대가 끝나가던 시점인 약 25억 년 전에는 판 구조 운동의 양상이 현재와 유사해졌다. 잘 보존된 퇴적 분지, 호상 열도, 대륙 내 열곡, 대륙 충돌, 최소한 한 차례 이상의 초대륙이 존재했음을 보여주는 전 지구적인 조산 활동 등이 있었다. 액체 상태의 물이 풍부했으며, 심해저 분지에서는 호상 철광층, 처트 층리, 화학적 퇴적암, 침상 용암 등이 형성되었다.
약 35억~25억년 전 시생누대 후기에는 지금까지 추정하던 것보다 훨씬 더 많은 소행성이 떨어졌으며 이 때문에 생명체 출현에 필요한 대기 중 산소 집적도 늦어진 것으로 나타났다.#
4. 지질
현재까지 지구에서 발견된 가장 오래된 암석들은 대부분 시생누대 초기인 38~40억 년 전의 것들이다. 이는 애초에 명왕누대라는 명칭이 왜 그렇게 지어졌는지를 생각해 보면 알 수 있다. 시생누대의 암석들은 그린란드, 캐나다 순상지, 스코틀랜드, 인도, 브라질 등 세계 각지에서 발견된다. 이 시기에 형성된 최초의 대륙이 현재 대륙 크기의 7%만을 차지하고 있지만, 이후의 침식과 파괴 작용을 고려하면, 현재 규모의 5~40%의 대륙 지각이 형성되었다고 여겨진다.원생누대와 달리 시생누대의 암석들은 대부분이 심해저 퇴적물이 고도로 변성되어 만들어진 암석들이다. 특히 호상 철광층과 같은 탄산염 암석들은 매우 희귀한데, 이것은 바다에 녹아있던 이산화 탄소 때문에 당시 바다가 비교적 산성이었음을 보여준다. 또한 산소가 부족해 바다에 다량의 철분이 그대로 있어 주황색 바다를 유지했을것이다.
5. 생명
여러 과학적 증거들에 따르면 화학 진화를 거쳐 지구 최초의 생명이 약 40억 년에서 38억 년 전에 탄생했다.현재까지 알려진 지구 최초의 생명체는 그린란드에서 발견된 37억 년 된 변성 퇴적암에서 찾은 유기물로, 논란은 있지만 40억 년 전 심해 열수구 근처에서 살았던 것으로 추정되는 산화 철 박테리아 화석이 있다.# 이후에는 남세균(시아노박테리아)의 화석이 시생누대 전 기간에 걸쳐 발견된다. 특히 후대로 갈수록 더욱 흔해진다.
고시생대에 광합성을 하는 세균이 출현했고, 중시생대에 스트로마톨라이트가 생성되었다. 스트로마톨라이트는 남세균(시아노박테리아)이 이산화탄소를 산소로 바꾸는 과정에서 부산물로 생성된 석회 성분이 쌓여 생성된 것이다. 시아노박테리아에 의해 대기에 거의 없던 산소가 1%로 급격히 늘어났다. 다만 초창기엔 산소를 발생시키지 않는 간단한 광계 I 광합성만 했고, 아직 멜라토닌 같은 항산화 호르몬이 없어 생명체들이 혐기성 생물들이라서 산소를 발생시키기 쉽지 않았다. 또한 상술하듯 운석이 여전히 많이 떨어졌기 때문에 산소가 현재만큼 많이 모이지는 않았다. 산소가 어느 정도 모이기 시작한 건 멜라토닌을 항산화제로 이용하는 호기성 남세균이 이산화 탄소에서 산소로 바꾸는 광계 II 광합성을 하고 운석 충돌이 뜸해지는 원생누대부터로, 무려 10억 년이나 지나야 한다.
시생누대의 전 기간 동안 계속해서 생물이 존재하였던 것으로 보인다. 그러나 현재와 같은 고등 생물들보다는 핵이 없는 단세포 생물 또는 원핵생물이었던 것으로 추정되고 있다. 이 시기에 진핵생물의 화석이 발견되지 않고 있기 때문에, 이들이 화석을 남기지 않고 진화를 했다고 보고 있다. 또한 아직까지 이 당시의 바이러스 화석은 발견되지 않은 상태다.
[1] 시생누대 + 원생누대를 지칭하는 말