Geschiedenis van de Aarde

De geschiedenis van de Aarde (en de andere planeten uit ons zonnestelsel) omvat volgens wetenschappelijke inzichten rond de 4,56 Ga (4.560.000.000 jaar), de tijd die is verstreken sinds de Aarde gevormd werd door accretie van materiaal uit de zonnenevel. De ouderdom van de Aarde wordt vastgesteld met behulp van radiometrische datering van de oudste gesteenten en meteorieten. Ter vergelijking: het heelal ontstond met de oerknal, waarvan geschat wordt dat hij 13,7 Ga geleden plaatsvond. Dat wil dus zeggen dat het heelal ongeveer drie keer zo oud is als ons zonnestelsel.

Dit artikel geeft een samenvatting van wetenschappelijke theorieën over en inzichten in de geschiedenis van het systeem Aarde, dat bestaat uit de atmosfeer, de hydrosfeer, de biosfeer en de vaste Aarde. De enorme ouderdom van de Aarde wordt wel eens aanschouwelijk gemaakt door de geschiedenis van de Aarde te vergelijken met het verloop van een dag, waarbij elke seconde 53.000 jaar voorstelt.

De geschiedenis van de Aarde omvat een enorme hoeveelheid tijd. Om dit te visualiseren wordt deze 4,6 miljard jaar wel eens geprojecteerd op een 24-urige zogenaamde geologische klok. Op zo'n klok wordt de Aarde om twaalf uur 's nachts gevormd. Het eerste leven ontstaat rond 3:15. Pas om 12 uur 's middags wordt de atmosfeer zuurstofrijk, en om 4 uur 's middags verschijnen de eerste primitieve zeedieren. De Cambrische explosie vindt plaats om kwart over negen 's avonds en om tien uur (tijdens het Devoon) verovert het leven het land. Nadat de dinosauriërs om 23:40 uitsterven verschijnen de eerste mensen pas 20 seconden voor middernacht.

Ontstaan van de zon en de planeten

Zie voor meer informatie het artikel ontstaan van een zonnestelsel.

De Aarde ontstond tijdens de vorming van het zonnestelsel. Het zonnestelsel vormde zich uit de zonnenevel, een grote, roterende wolk van stof en gas, voornamelijk waterstof en helium, maar ook zwaardere elementen. Zo’n 4,6 Ga geleden (een kwartier voordat de denkbeeldige klok gaat lopen) zou er in de buurt een ster als een supernova kunnen zijn geëxplodeerd. Als gevolg van de explosie werd de zonnenevel getroffen door een schokgolf waardoor hij in elkaar bewoog. Deze contractie zorgde er samen met de rotatie van de zonnenevel voor dat het geheel begon af te platten tot een proto-planetaire nevel. De meeste massa concentreerde zich in het midden en begon op te warmen door de zwaartekracht die het samentrekken van de massa veroorzaakte, net zo lang tot kernfusie (van waterstof naar helium) mogelijk werd. Zo werd een T Tauri ster, die later de Zon zou worden, geboren. In de rest van de gas- en stofwolk zorgde de zwaartekracht voor het samenballen van materie rond stofdeeltjes, waardoor de wolk in ringen uit elkaar viel. Bij botsingen tussen kleinere fragmenten materie werden steeds grotere fragmenten gevormd, waar uiteindelijk de planeten uit ontstonden.

Hadeïcum en Archeïcum

Het eerste gedeelte van de geschiedenis van de Aarde wordt het Archeïcum (Engels: Archean) genoemd. Het duurde tot 2,5 Ga geleden). De oudste afzettingsgesteenten op Aarde zijn zo'n 3,8 Ga oud. De tijd tussen de vorming van deze gesteenten en de vorming van de Aarde wordt soms als een apart tijdperk gezien, dat Hadeïcum of Hadean wordt genoemd. Er is weinig over bekend, behalve dat de Aarde bloot stond aan een hevig bombardement van meteorieten. De grote hitte moet bovendien voor hevig vulkanisme hebben gezorgd. Uit onderzoek naar nog oudere zirkoonkristallen blijkt wel dat er al sinds 4,3 Ga vloeibaar water in de vorm van zeeën aanwezig moet zijn geweest. Tegen de 4,0 Ga houdt het meteorietenbombardement op en was het ook koeler geworden. Door de samenstelling van de Archeïsche atmosfeer was het echter nog steeds een planeet waarop hedendaags leven niet zou kunnen overleven.

Oorsprong van de kern en de mantel van de Aarde

Nadat de Aarde ontstaan was door accretie, was ze vrijwel volledig vloeibaar als gevolg van de hitte die ontstond door de druk het samenballen. Aan de buitenkant moet al snel, binnen 150 Ma, een korst zijn gevormd. Binnenin vond differentiatie plaats. Zwaardere elementen zonken naar beneden en lichtere stegen op naar het oppervlak, waardoor al na 10 Ma de kern van de mantel was gescheiden. De mantel moet in het Hadeïcum en Archeïcum veel heter zijn geweest dan tegenwoordig (men schat 1600 °C rond 3 Ga), zodat ook toen nog een groot gedeelte gesmolten was. De tegenwoordige felsische continentale korst bestond nog niet, de korst moet in die tijd een dikke laag van basaltische samenstelling zijn geweest.

Bestand:Lunar nearside.jpg

De rotatietijd van de Maan is even lang als haar omlooptijd rond de Aarde. Als gevolg daarvan is altijd dezelfde kant van de Maan naar de Aarde gekeerd. Na haar vorming was de Maan nog geheel gesmolten. Vanwege de zwaartekracht van de Aarde zou de korst die op het Maanoppervlak ontstond aan de Aardse kant dunner blijven dan aan de andere kant. Inslagen van meteorieten konden daardoor aan de Aardse kant sneller door de Maankorst heen breken, waarbij lava over het oppervlak stroomde. Dit vormde de zogenaamde Maanzeeën, de donkere vlekken van gestolde lava. Aan de andere kant van de Maan (de achterkant) komen deze niet voor.

Vorming van de Maan

In 2005 bepaalde een team van wetenschappers uit Duitsland, Engeland en Zwitserland door radiometrische datering van met de Apollo vluchten meegebrachte stenen van de Maan, dat de Maan 4527 ± 10 Ma oud moet zijn, zo'n 30 tot 55 Ma jonger dan de rest van het zonnestelsel. Deze tijdsspanne wordt gebruikt in wetenschappelijke publicaties. Er zijn drie hypothesen opgesteld over het ontstaan van de Maan:

• De invangtheorie gaat ervan uit dat de Maan ooit zelfstandig om de Zon bewoog en door de zwaartekracht van de Aarde werd ingevangen. Astronomische modellen laten echter zien dat een ingevangen object meestal in een baan met een grote inclinatie en excentriciteit belandt. Omdat de Maan een bijna perfect ronde baan om de Aarde heeft wordt deze theorie door de meeste astronomen als erg onwaarschijnlijk gezien.
• De coformatietheorie gaat ervan uit dat de Maan en de Aarde uit dezelfde roterende wolk gruis zijn ontstaan, waarbij de Maan werd gevormd uit materiaal dat zich verder van de accretiserende proto-Aarde bevond. Uit computermodellen blijkt dat zo'n coformatie erg onwaarschijnlijk maar niet onmogelijk is.
• De inslagtheorie gaat ervan uit dat de Aarde met een planetisimaal (proto-planeet) ter grootte van de planeet Mars (het fictieve object wordt wel Theia of Orpheus genoemd) botste, waarbij de Maan ontstond uit het weggeslagen materiaal van de Aarde. Deze theorie verklaart het beste waarom de Maan een vergelijkbare samenstelling heeft als de korst en mantel van de Aarde samen hebben. De Maan bevat aanzienlijk minder ijzer en andere zware elementen dan de Aarde, wat met de inslagtheorie goed te verklaren is: ijzer was al snel in de aardkern gaan zitten, waarvan geen materiaal de ruimte ingeslingerd werd bij de inslag.

Samengevat is de meest aanvaarde opsomming van gebeurtenissen dan ook dat de Aarde al minstens 10 Ma bestond, waardoor een duidelijke differentiatie tussen kern en mantel was ontstaan, toen door een botsing met een andere proto-planeet veel materiaal de ruimte in geslingerd werd, waaruit de Maan ontstond. Men neemt ook aan dat de hoek van de Aardas met het baanvlak van de Aarde (23,5°, wat de seizoenen veroorzaakt) een gevolg van deze botsing is.

Ontstaan van de atmosfeer en de oceanen

Tijdens het ontstaan van de Aarde is het hoogst waarschijnlijk dat ook een atmosfeer werd gevormd uit gassen die in de zonnenevel aanwezig waren. Bij de accretie was de Aarde gehuld in een wolk van gasvormig silica. Na afkoeling zal deze silica op het Aardoppervlak zijn gecondenseerd tot vast gesteente. Wat overbleef was waarschijnlijk een vroege atmosfeer van waterstof en helium. Deze zal door de Zonnewind en de enorme warmtestroom van de Aarde zelf al snel weggeblazen zijn. Bij een mogelijke inslag waarbij de Maan gevormd werd zou deze atmosfeer ook niet hebben kunnen overleven.

Nadat de Aarde verder afkoelde ontstond er opnieuw een atmosfeer, dit keer uit gassen afkomstig van vulkanisme. De enorme hoeveelheid water op Aarde is een probleem: zoveel water kan namelijk niet alleen afkomstig zijn van dit vulkanisme. Men neemt aan dat het afkomstig is van ijsmeteorieten en kometen die in het Hadeïcum op Aarde insloegen. Hoewel de meeste kometen zich tegenwoordig in banen ver buiten de baan van Neptunus bevinden, laten computersimulaties zien dat in het begin juist vooral in de binnenste regionen van het zonnestelsel kometen aanwezig waren. Botsingen met de binnenplaneten (Mercurius, Venus, de Aarde en Mars) zullen deze planeten hebben verrijkt met water, koolstofdioxide, methaan, ammonia, stikstof en andere gassen. Aangenomen dat al het water in de oceanen hiervan afkomstig is zijn zo'n miljoen kometen nodig om de Aarde zijn huidige hoeveelheid water te geven. Dat lijkt veel, maar het is een redelijk aannemelijk aantal.

In 2005 werd aangetoond dat water rond 4,2 Ga al in grote hoeveelheden over het Aardoppervlak stroomde. Aan het einde van het Hadeïcum, 3,8 Ga geleden, was het oppervlak van de Aarde dus in ieder geval al bedekt met oceanen.

De nieuw ontstane atmosfeer bevatte methaan, ammonia, koolstofdioxide, stikstof en waterdamp. Zuurstof was totaal afwezig, waardoor het tegenwoordige leven in deze atmosfeer niet had kunnen overleven. Door de afwezigheid van een ozonlaag stond het oppervlak bovendien bloot aan intensieve ultraviolette straling.

Ontstaan van platentektoniek en continenten

Zie voor meer informatie over de werking van platentektoniek het artikel Platentektoniek.

De convectiestromen in de mantel, die tegenwoordig het proces van platentektoniek aandrijven, zijn het gevolg van de warmtestroom uit het binnenste van de Aarde. Omdat de Aarde in het Hadeïcum veel heter was dan tegenwoordig, moet deze convectie in die tijd veel sneller zijn geweest. Als destijds al platentektoniek plaatsvond (waarbij tektonische platen ontstaan door oceanische spreiding op midoceanische ruggen en vernietigd worden door subductie bij subductiezones), zal ook dit proces veel sneller zijn gegaan dan tegenwoordig. Meestal wordt aangenomen dat er meer subductiezones waren waardoor de tektonische platen kleiner bleven. In het Hadeïcum kwam vulkanisme op meer plekken en heviger voor dan tegenwoordig.

Van de eerste korst die na het afkoelen van de Aarde ontstond, is geen spoor meer te vinden. Door een combinatie van de snelle convectiestromen in de mantel en een bombardement van meteorieten (tijdens een periode die het Late Heavy Bombardement wordt genoemd) werd alle korst die tijdens het Hadeïcum ontstond weer vernietigd. Men vermoed dat de Hadeïsche korst basaltisch van samenstelling is geweest. Enige differentiatie met de mantel was wel mogelijk (zo zal er relatief minder van de elementen magnesium en ijzer in de korst hebben gezeten), maar de eerste continenten (bestaande uit lichter materiaal dat granitisch is van samenstelling) zullen pas rond 500 Ma na de vorming van de Aarde ontstaan zijn. Deze eerste stukken continentale korst die in het Archeïcum ontstonden en groeiden worden kratons of schilden genoemd. Het ontstaan van de eerste continentale korst liet zo lang op zich wachten omdat er een verregaande differentiatie van magma voor moet plaatsvinden, iets dat meerdere fases van opsmelten vereist.

De oudste gesteenten op Aarde zijn de Acasta gneissen van het Canadees Schild. Dit gesteente is rond de 3,9 Ga oud en van samenstelling tonaliet. Het laat sporen zien van metamorfose door hoge temperatuur, maar er worden ook sedimentair afgeronde korrels in gevonden, wat laat zien dat in die tijd rivieren en zeeën bestonden. De ouderdom van de oudste gesteenten markeert de overgang tussen het Hadeïcum en het Archeïcum.

De Kratons bestaan overwegend uit twee typen gesteente. Ten eerste zijn er zogenaamde greenstone belts, bestaande uit licht gemetamorfoseerde sedimentaire gesteenten. Deze greenstones lijken op de sedimenten die tegenwoordig in oceanische troggen worden afgezet, boven subductiezones. Het voorkomen van greenstones wordt daarom soms als bewijs gezien dat er al platentektoniek plaatsvond in het Archeïcum. Het tweede type gesteente zijn complexen van felsische dieptegesteenten, vooral tonaliet, trondhjemiet en granodioriet (afgekort TTG). Deze TTG-complexen zouden overblijfselen van de eerste continentale korst kunnen zijn, die door differentiatie die bij partieel smelten van basalt ontstond. Archeïsche terreinen bestaan uit een afwisseling van TTG-complexen en greenstones. Hieraan denkt men te kunnen afleiden dat subductiezones veel meer voorkwamen in het Archeïcum, terwijl de TTG-complexen kleine proto-continenten vormden die met (ten opzichte van de tegenwoordige situatie) hoge snelheid over het Aardoppervlak bewogen.

Versteende stromatolieten aan de oever van Lake Thetis in West-Australië. Stromatolieten kunnen worden gevormd door koloniën van eencelligen zoals cyanobacteria of chlorophyta. De eencelligen leven in koloniën (algenmatten) waar deeltjes sediment in worden ingevangen. De gedrapeerde lagen sediment die op deze manier ontstaan worden stromatolieten genoemd. Van Archeïsche stromatolieten wordt aangenomen dat ze door cyanobacteria zijn gevormd, hoewel er weinig daadwerkelijke microfossielen in deze gesteenten zijn gevonden. Het is mogelijk dat de oceanen in het Archeïcum en het Proterozoïcum vol lagen met dit soort algenmatten. Een mogelijke reden waarom de bacteria in dit soort koloniën leefden was dat de organismen in het middelste gedeelte van de kolonie zo beschermd waren tegen UV-straling, die in die tijd nog tot het Aardoppervlak doordrong.

Het eerste leven

Zie voor meer informatie de artikelen over de oorsprong van het leven en abiogenese.

Het is niet duidelijk hoe of waar het eerste leven ontstaan is. Een kleine groep wetenschappers denkt dat het eerste leven op Aarde van buiten kwam, bijvoorbeeld met inslaande meteoren (exogenese). Een vergaand voorbeeld hiervan is de theorie van Panspermia. De meeste geleerden denken echter dat het leven op Aarde is ontstaan. De manier waarop het is ontstaan is in beide gevallen hetzelfde. Men neemt aan dat het eerste leven ergens tussen 4,0 en 3,6 Ga op Aarde verscheen. De oudste duidelijke sporen van leven zijn stromatolieten in gesteenten op het Australische Pilbara-kraton. Deze zijn rond de 3,5 Ga oud. Hoewel vaak is geclaimd dat bewijs is gevonden voor leven ouder dan 3,5 Ga, wordt dit bewijs niet algemeen geaccepteerd.

Levende wezens bestaan voornamelijk uit eiwitten, scheikundige ketens van aminozuren. Om zichzelf te kunnen voortplanten/vermenigvuldigen gebruikt leven DNA-moleculen. Al deze organische moleculen komen in de natuur voor, en ook op andere plekken in het zonnestelsel zijn ze aangetroffen. Men neemt aan dat uit deze aminozuren op de een of andere manier een molecuul moet zijn ontstaan dat zichzelf kon reproduceren. De reproductie verliep niet altijd foutloos: soms werden kopieën gemaakt die zich niet meer konden reproduceren, waarmee een eind kwam aan de keten. Een andere keer bevatten de kopieën juist verbeteringen op het origineel, waardoor ze zich makkelijker konden handhaven. Deze zogenaamde chemische evolutie zou de voorloper zijn van de Darwinistische evolutie die tegenwoordig opgaat.

Hoe het ook zij, het eerste leven werd waarschijnlijk gevormd door prokaryotische ééncelligen. Prokaryoten zijn cellen zonder organellen zoals een celkern of mitochondriën. Het DNA ligt bij zulke organismen vrij in de cel, in plaats van in de celkern. Voorbeelden van tegenwoordige prokaryoten zijn bacteriën.

Proterozoïcum

Het Proterozoïcum is het eon dat van 2,5 Ga (of 2500 Ma) tot 542 Ma duurde (op de geologische klok van 11 uur 's middags tot iets over negenen 's avonds). In het Proterozoïcum groeiden de kratons uit tot de grootte die de hedendaagse continenten hebben. Voor het eerst is duidelijk dat platentektoniek plaatsvond. Een andere belangrijke ontwikkeling was de ontwikkeling naar een zuurstofrijke atmosfeer. Het leven ontwikkelde zich van prokaryotische cellen tot eukaryoten en meercelligen. Tijdens het Proterozoïcum was er een aantal keer een zware ijstijd, waarbij de Aarde helemaal of bijna helemaal bevroren was, dit noemt men Snowball Earth. Daarna komt de ontwikkeling van het leven in een stroomversnelling, zoals blijkt uit de Ediacara fauna, die de opmaat is voor de Cambrische explosie.

De zuurstofcrisis

Sinds het vroege Archeïcum waren er waarschijnlijk al organismen die door fotosynthese koolstofdioxide in zuurstof omzetten. Het duurde echter tot 2,3 Ga (rond 12 uur 's middags op de geologische klok) voordat zuurstof in grote hoeveelheden in de atmosfeer terechtkwam. Daar zijn twee redenen voor:

• Zuurstof kon zich tijdens het Archeïcum makkelijk binden door allerlei oxiden te vormen met metalen als ijzer (chemische verwering).
• In het begin zal de vorming van zuurstof door fotosynthese minder snel zijn gegaan dan tegenwoordig het geval is.

Om een indruk van het belang van fotosynthese te geven: als er vanaf nu geen fotosynthese plaats zou vinden zou de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer binnen 6 Ma verdwenen zijn door verwering en vulkanisme. Met die kennis is het makkelijk voor te stellen dat de Aardatmosfeer in het Archeïcum nauwelijks zuurstof bevatte, hetzelfde geldt voor de huidige atmosferen van Venus en Mars (op deze beide planeten is zuurstof zeldzaam), waar geen leven voorkomt dat voor fotosynthese zorgt. Op Aarde worden in sedimentaire gesteenten ouder dan 2,3 Ga mineralen als uraniniet en pyriet gevonden. Deze mineralen zouden als ze aan zuurstofrijke lucht blootstaan verweren tot andere mineralen, zodat we weten dat zuurstof in die tijd niet in grote hoeveelheden aanwezig kan zijn geweest.

Een andere aanwijzing is het voorkomen van banded iron formations, een type gesteente dat is ontstaan door het neerslaan van ijzer(III)-oxide (Fe₂O₃) in zeewater. IJzer komt in water opgelost voor als ijzer(II)-oxide (FeO). Als zuurstof in het water aanwezig is reageert dit met opgelost ijzer, waardoor het ijzer uit het water verdwijnt. Tegenwoordig is genoeg zuurstof (opgelost) in het zeewater aanwezig om ijzer(II)-oxide instabiel te maken. Banded iron formations jonger dan 2,3 Ga zijn dan ook zeldzaam, als ze voorkomen worden ze meestal verklaard door ongewone omstandigheden. Zuurstof opgelost in zeewater is in evenwicht met zuurstof in de atmosfeer. Daarom kan het op grote schaal voorkomen van banded iron formations vóór 2,3 Ga gezien worden als bewijs dat de atmosfeer in die tijd weinig zuurstof bevatte.

Toen de beschikbare metalen waarmee zuurstof kon reageren rond 2,3 Ga op waren ging de omschakeling naar een zuurstofrijke atmosfeer opeens snel. Men noemt dit wel de zuurstofrevolutie of zuurstofcrisis. De toegenomen hoeveelheid zuustof had namelijk weer gevolgen voor het leven. De primitieve anaerobe organismen die voor fotosynthese zorgden waren namelijk niet gewend aan zuurstof, dit was giftig voor hen. Toen de hoeveelheid zuurstof boven een bepaald niveau kwam, zullen deze organismen massaal zijn gestorven, wat de hoeveelheid fotosynthese verminderde, zodat de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer weer afnam. Deze "stop" op de hoeveelheid zuurstof bleef een tijdje bestaan, tot zich rond 1,7 Ga (half drie 's middags op de geologische klok) organismen ontwikkelden die wel tegen zuurstof konden. Daarna kon de hoeveelheid zuurstof verder toenemen. Rond 1,5 Ga werd waarschijnlijk voor het eerst de tegenwoordige hoeveelheid zuurstof benaderd.

Gevolgen: Snowball Earth en het ontstaan van de ozonlaag

Een belangrijk gevolg van grote hoeveelheden zuurstof in de atmosfeer was, dat de ozonlaag kon ontstaan. Hierdoor werd het Aardoppervlak voortaan beschermd tegen UV-straling. Men neemt aan dat zonder ozonlaag de ontwikkeling van het leven erg beperkt zou zijn gebleven.

Een ander belangrijk gevolg van de zuurstofrevolutie was daarom, dat het leven een nieuwe wending kon nemen en verder kon ontwikkelen naar steeds ingewikkelder soorten.

In het Archeïcum ontving de Aarde minder warmte van de Zon, omdat de Zon zwakker was. Dit heeft te maken met de ontwikkeling van de Zon, waardoor de luminositeit van de Zon elke miljard jaar toeneemt met 6%. Het effect werd op Aarde opgeheven omdat de atmosfeer in het Archeïcum veel meer methaan bevatte. Methaan is een sterk broeikasgas, zodat het broeikaseffect in die tijd sterker moet zijn geweest. Zuurstof kan echter met methaan reageren, waardoor de hoeveelheid methaan in de atmosfeer afnam na de zuurstofrevolutie. Gevolg was dat de Aarde afkoelde.

Inderdaad zijn bewijzen gevonden voor een sterke ijstijd rond 2,3 Ga (de Makganyene IJstijd, 12 uur 's middags op de geologische klok). Soms wordt aangenomen dat deze ijstijd (en misschien andere Proterozoïsche ijstijden) zo sterk was, dat de Aarde tot aan de evenaar bevroren was. Dit noemt men een Snowball Earth. De ijstijd rond 2,3 Ga wordt meestal als een direct gevolg van de toegenomen hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer gezien. Overigens wordt soms aangenomen dat er al eerder, tot in het late Archeïcum, ook ijstijden zijn geweest. Die oudere ijstijden zijn niet algemeen aanvaard wegens gebrek aan bewijzen ervoor.

Bestand:Acanthocystis turfacea.jpg

Acanthocystis turfacea, een eukaryotische protist. Het ontstaan van eukaryoten was een belangrijke stap in de ontwikkeling van het leven. Eukaryoten zijn ten opzichte van prokaryoten effectiever in staat om energie om te zetten en genetische informatie op te slaan.

Ontwikkeling van het leven tijdens het Proterozoïcum

Een belangrijke stap in de ontwikkeling van het leven is het ontstaan van Eukaryotische cellen. De oudste fossiele eukaryoten zijn van rond de 2,0 Ga, hoewel het niet is uitgesloten dat eukaryoten al eerder ontstonden. Een eukaryoot is een cel met meerdere organellen die elk een taak hebben. Daardoor kan een eukaryoot bijvoorbeeld veel effectiever energie omzetten dan een prokaryoot. In een eukaryotische cel kan ook meer genetisch materiaal worden opgeslagen, wat grotere mogelijkheden voor ontwikkeling biedt. Een nadeel is dat horizontale genoverdracht, zoals bij bacteria plaats kan vinden, voor eukaryotische cellen vrijwel onmogelijk wordt. Eukaryotisch leven kan daardoor alleen via Darwinsiaanse evolutie evolueren. De voordelen wogen echter ruim op tegen de nadelen. Er ontstonden grotere organismen en al snel ontwikkelden zich de eerste meercelligen (rond 1,7 Ga, ofwel half 3 's middags op de geologische klok). Er ontstonden nu ook voedselketens, waarin grotere organismen zich voedden met kleinere.

Tegenwoordig wordt algemeen aangenomen dat eukaryotische cellen zich ontwikkelden uit prokaryoten die in symbiose leefden, waarbij elke prokaryoot een eigen functie had. De ontwikkeling moet op een moment in een stadium geraakt zijn waarin de prokaryoten niet meer zonder elkaar konden. Deze prokaryoten zijn daarna verder ontwikkeld tot de organellen van een eukaryotische cel.

Het is niet duidelijk of het ontstaan van eukaryotische cellen verband had met de zuurstofcrises, maar duidelijk is wel dat eukaryoten enorm geprofiteerd hebben van zuurstof. Doordat eukaryoten mitochondriën hebben kunnen ze meer energie uit zuurstof halen. Vreemd genoeg duurde het daarna nog een miljard jaar voordat de volgende belangrijke stap gezet werd.

Rodinia en andere supercontinenten

Toen rond 1960 de theorie van de platentektoniek werd ontwikkeld, was het eenvoudig reconstructies te maken hoe de continenten vroeger ten opzichte van elkaar lagen. Dit ging op tot ongeveer 200 Ma geleden, rond die tijd bleken alle continenten aan elkaar te hebben gelegen (een zogenaamd supercontinent, dit wordt Pangea genoemd). Wat de posities voor 200 Ma waren kon niet met de huidige bewegingen worden berekend. Het berekenen van de oudere bewegingen van continenten gebeurt daarom met behulp van paleomagnetische data.

De continenten blijken af en toe samen te komen tot een supercontinent, dan weer uit elkaar te bewegen. Deze zich herhalende cyclus wordt een Wilson cyclus genoemd. Hoe verder terug in de tijd, hoe schaarser en moeilijker te interpreteren de data wordt. Duidelijk is in ieder geval dat rond 830 Ma (iets over achten op de geologische klok) weer een supercontinent bestond, dat Rodinia wordt genoemd. Het is waarschijnlijk dat Rodinia niet het eerste supercontinent was, er wordt een aantal andere supercontinenten eerder in het Proterozoïcum aangenomen. Dat betekent dat platentektoniek gedurende het Proterozoïcum op min of meer dezelfde manier moet hebben plaatsgevonden als tegenwoordig.

Na het opbreken van Rodinia rond 750 Ma wordt met de Pan-Afrikaanse orogenese rond 700 Ma opnieuw een supercontinent gevormd door een aantal kleinere continenten, dit wordt Pannotia genoemd. Het zou rond 540 Ma weer uit elkaar vallen. Belangrijk is in ieder geval dat van 800 tot 550 Ma het merendeel van de continentale massa bij elkaar lag.

Laat-Proterozoïsche Sneeuwbal-Aarde en Ediacara-fauna

Aan het einde van het Proterozoïcum is de Aarde vermoedelijk minstens twee keer door een hevige ijstijd gegaan, een Sneeuwbalaarde. Dit gebeurde rond 710 Ma (de Sturtien-IJstijd) en 640 Ma (Marinoan-IJstijd). De periode waarin het gebeurde wordt Cryogenium genoemd. In tegenstelling tot de ijstijd rond 2,3 Ga, die waarschijnlijk het gevolg was van de zuurstofcrises, is de oorzaak dit keer minder duidelijk. De meest aanvaarde theorie is dat de afkoeling van het klimaat te maken had met het ontstaan van het supercontinent Rodinia. Belangrijk was dat dit supercontinent zich in de tropen bevond, waar het klimaat warm en nat is vergeleken met grotere breedtegraden. Dit zorgde voor een ongekende toename in wereldwijde chemische verwering, waarbij koolstofdioxide uit de atmosfeer verdwijnt. Aangezien koolstofdioxide een belangrijk broeikasgas is werd het klimaat kouder.

Op dezelfde manier wordt aangenomen dat de Aarde weer ontdooide doordat in bevroren toestand op Aarde maar zeer weinig chemische verwering kon plaatsvinden. Tijdens de Sneeuwbal-Aarde nam de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer langzaam toe, tot een zekere drempelwaarde was overschreden en de temperatuur weer zo hoog was, dat het ijs begon te smelten.

Een probleem is, dat niet duidelijk is hoe leven een Sneeuwbal-Aarde kon overleven. Vóór de genoemde twee ijstijden bestonden al diverse soorten eukaryotische organismen zoals rode algen of bruinalgen, die ook tegenwoordig nog voorkomen. Als zulke organismen konden overleven moeten er open plekken in het ijs op de oceanen zijn geweest. Daarom worden tegenwoordig wel modellen aangenomen, waarin de Aarde niet compleet bevroren was, dit wordt "Slushball Earth" genoemd.

Op het Cryogenium volgt het Ediacarium, een periode die wordt gekenmerkt door een snelle ontwikkeling van het leven. Rond 750 Ma (het is nu kwart voor negen 's avonds op de geologische klok) ontstaan een groot aantal nieuwe soorten en komt de evolutie van het leven in een stroomversnelling terecht. Het verband tussen de ontdooiing van de Aarde en het ontstaan van vele nieuwe soorten is nog onduidelijk, maar toeval lijkt het niet. De nieuwe levensvormen (Ediacara fauna genoemd) waren veel diverser dan ooit, tegenwoordig wordt algemeen aanvaard dat dit de voorouders van de Cambrische levensvormen zijn. De koninkrijken van de taxonomie lijken allemaal al aanwezig in primitieve vormen: er zijn bijvoorbeeld Ediacara-fossielen die bij de dieren kunnen worden ingedeeld. Belangrijke ontwikkelingen waren het ontstaan van spiercellen en zenuwcellen. De overgang van Proterozoïcum naar Fanerozoïcum en Ediacarium naar Cambrium vindt plaats als er voor het eerst harde organen ontwikkeld worden.

Paleozoïcum

Het Paleozoïcum, het tijdperk van het oude leven, is een tijd waarin moderne levensvormen ontstonden. Een belangrijke ontwikkeling was dat eerst planten en daarna dieren zich ook op het land begaven. De explosieve ontwikkeling van nieuwe soorten en periodes van massale uitsterving wisselden elkaar af. Tegenwoordig wordt steeds duidelijker dat zulke gebeurtenissen gevolg zijn van veranderingen in leefomgeving of grote catastrofes zoals klimaatveranderingen, meteorietinslagen of grote vulkaanuitbarstingen.

De continenten die bij het opbreken van Pannotia waren ontstaan zouden tijdens het Paleozoïcum weer langzaam naar elkaar toebewegen. Dit leidde tot twee grote fasen van gebergtevorming, de Caledonische en Hercynische orogeneses, waarbij uiteindelijk een nieuw supercontinent, Pangea, werd gevormd.

Een fossiel van de Cambrische trilobiet Estaingia Bilobata, gevonden op Kangaroo-eiland, Australië. Foto is ongeveer 7 cm lang. Trilobieten zijn een uitgestorven soort geleedpotigen uit het Paleozoïcum. Vanaf het Cambrium is de ontwikkeling van het leven veel beter bekend dan ervoor, omdat er soorten met harde skeletten ontstonden.

Cambrische explosie

Zie Cambrische explosie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De snelle ontwikkeling van het leven bereikte in het Cambrium (542-488 Ma) zijn hoogtepunt. Het ontstaan van grote hoeveelheden nieuwe soorten, stammen en vormen in deze periode wordt wel de Cambrische explosie genoemd. De snelheid van de evolutie is in deze periode groter dan ooit ervoor of erna. De meeste stammen die tegenwoordig voorkomen waren er al aan het einde van het Cambrium. Er ontstonden levensvormen met harde organen zoals schaaldieren (bijvoorbeeld molusken of zeeëgels), zeelelies en geleedpotigen (bijvoorbeeld trilobieten). Omdat harde botten of schelpen veel beter bewaard blijven dan zacht weefsel, weten we van de ontwikkeling vanaf het Cambrium veel meer, dan van ervoor. De overgang tussen Cambrium en Ordovicium wordt gekenmerkt door een massa-extinctie, waarbij een groot aantal van de nieuwe levensvormen weer verdween. Van sommige Cambrische soorten is nog weinig bekend. Voorbeelden van vreemde Cambrische dieren zijn anomalocaris en haikouichthys.

Ook waren in het Cambrium vissen ontstaan, de eerste gewervelden. In het Ordovicium (488-444 Ma) ontstonden de eerste kaakvissen. De evolutie heeft bij dieren de neiging steeds grotere soorten te produceren, want hoe sterker het organisme, hoe kleiner de kans dat het wordt opgegeten. Zo ontstonden in het vroege Paleozoïcum steeds grotere vissen, zoals de enorme placoderm Dunkleosteus, die 7 meter lang kon worden.

Het supercontinent Pangea, dat bestond aan het einde van het Paleozoïcum. De ligging van de kustlijnen van huidige continenten zijn aangegeven.

De Caledonische en Hercynische gebergtevormingen: naar een nieuw supercontinent

Zie Caledonische orogenese, Hercynische orogenese en Pangea voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Ondertussen was het supercontinent Pannotia aan het begin van het Cambrium opgebroken in de continenten Laurentia, Baltica en Gondwana. In perioden dat continenten uit elkaar bewegen wordt veel oceanische korst gevormd. Omdat jonge oceanische korst relatief warm en licht is, zal de oceaanbodem in zo’n tijd hoger liggen, waardoor de zeespiegel stijgt. Dit was het geval in het eerste deel van het Paleozoïcum.

Over het algemeen was het klimaat in het eerste gedeelte van het Paleozoïcum warmer dan tegenwoordig, maar aan het einde van het Ordovicium kwam een ijstijd voor, een periode waarin op de continenten gletsjers te vinden waren, net als tegenwoordig het geval is. Een van de oorzaken was dat Gondwana zich in die tijd gedeeltelijk op de Zuidpool bevond. Sporen van gletsjers uit deze tijd worden alleen op Gondwana gevonden. Tijdens deze ijstijd vonden weer een aantal massa-extincties plaats, waarbij soorten brachiopoden, trilobieten, bryozoën en koralen verdwenen. De oorzaak moet liggen in de daling van de temperatuur van het zeewater. Na de uitsterving konden nieuwe soorten ontstaan, diverser en beter aangepast, die de niches die uitgestorven soorten achterlieten opvulden.

Tussen 450 en 400 Ma (rond kwart voor 10 ’s avonds op de geologische klok) botsten de continenten Laurentia en Baltica op elkaar, dit heet de Caledonische gebergtevorming. Er ontstond een hooggebergte waarvan sporen nog te vinden zijn in Scandinavië, Schotland en in de Amerikaanse Appalachen. In het Devoon (416-359 Ma) bewogen ook Gondwana en Siberia naar de twee samengevoegde continenten toe, wat zou leiden tot de Hercynische gebergtevorming. Sporen van deze gebergtevorming zijn in heel Zuid- en Midden-Europa nog te vinden. Door de gebergtevorming werd in het Carboon (359-299 Ma) het laatste supercontinent, Pangea, gevormd.

Bestand:Mars Twin Peaks (1024px).jpg

Landschap op de planeet Mars. Gedurende het grootste gedeelte van de Aardse geschiedenis kwamen geen planten voor op het land en moet de Aarde er vergelijkbaar hebben uitgezien.

Opkomst van de landplanten

Tijdens de zuurstofrevolutie in het Proterozoïcum ontstond de ozonlaag die de ultraviolette straling van de Zon tegenhoud. Eéncelligen die het land bereikten kregen daardoor hogere overlevingskansen. Prokaryoten hadden waarschijnlijk al rond 2,6 Ga via rivieren en later vochtige milieu’s op het land leren overleven. De continenten bleven echter tot halverwege het Paleozoïcum vrijwel 'kaal'.

De oudste fossielen van op het land levende schimmels en planten zijn zo'n 480-460 Ma oud, hoewel schimmels misschien al rond 1000 Ma op het land voorkwamen en planten rond 700 Ma. In het Ordovicium en Siluur (444-416 Ma) werden de randen van het land bevolkt door kleine meercellige planten (vergelijkbaar met algen en schimmels), langzaam verspreidden deze eerste landplanten zich verder van het water af.

In tegenstelling tot waterplanten moeten landplanten om rechtop te kunnen staan een stevige stam hebben en een wortelstelsel, dat ook dient om voedsel op te nemen uit de bodem. De eerste planten die een stam hadden ontstonden in het Siluur. In het vroege Devoon ontstonden de eerste vaatplanten, zoals Rhynia en Baragwanathia, de grootste planten konden een meter hoog worden. In het late Devoon bestonden al planten die de grootte van tegenwoordige bomen konden aannemen, zoals de 30 m hoge Archaeopteris. Al deze soorten waren nog sporenplanten, zaadplanten zouden pas later ontstaan.

Gedurende het Devoon en Carboon was de zeespiegel hoger en het klimaat warmer dan tegenwoordig. Veel van de continenten bestonden uit drasland. Het lijkt erop dat de planten hier van geprofiteerd hebben. Grote delen van de wereld waren tijdens het Carboon bedekt met moerassen, waar planten groeiden als Lepidodendron, Sigillaria, of enorme paardenstaarten. Uit de moerassen van het Carboon is het grootste gedeelte van de steenkoollagen op de wereld gevormd.

In het Perm (299-251 Ma) vormden alle continenten samen het supercontinent Pangea. Op zo’n enorme landmassa heerst een extreem landklimaat, veel droger dan in het Carboon. In grote delen van Europa komen uit deze tijd evaporietafzettingen voor, die gevormd zijn in grote zoutmeren. Het zout dat in Slochteren wordt gewonnen is bijvoorbeeld in dit tijdperk afgezet. Andere typische afzettingen uit het Perm en het erop volgende Trias zijn zandsteen en conglomeraat, de afbraakproducten van de Hercynische en Caledonische gebergten.

Dieren op het land

Het oudste duidelijke bewijs dat insecten op het land voorkwamen is rond 450 Ma oud (10 over half 10 's avonds op de klok). Er zijn aanwijzingen dat insecten al rond 530 Ma op het land voorkwamen. Dankzij de inmiddels grote hoeveelheid planten op het land was er geen gebrek aan voedsel.

Mesozoïcum

De tijd van de dinosauriërs

Ongeveer 200 miljoen jaar geleden waren alle tegenwoordige continenten samengevoegd in het ene supercontinent Pangea. Pangea was omgeven door één wereldoceaan -Panthalassa-, waarvan weinig met zekerheid bekend is omtrent de oppervlakte.

De theorie van de platentektoniek maakt het niet alleen mogelijk de huidige tektonische activiteit van de Aarde te verklaren, maar ook sporen van fossiele tektonische activiteit te interpreteren. Zo kan ook het voorkomen en de ligging van "oude" gebergten, die thans ver van de tektonisch actieve gebieden zijn gelegen, verklaard worden. De Noord-Europese kustgebergten -Scandinavië, Schotland- en de Amerikaanse plooiingsgebergten -Appalachen, Newfoundland- bijvoorbeeld, waren het resultaat van een botsing van twee voormalige platen ongeveer 400 miljoen jaar geleden. Ook werd hierbij tot in het Perm het Ouachitagebergte gevormd en het Marathongebergte. Gondwana dreef tegen Europa aan, wat leidde tot plooiing langs de zuidrand van het continent.

Tegen het eind van het Perm was de vorming van Pangea bijna gereed. Azië was tegen Europa opgebotst, waarbij de Oeral werd gevormd. De ijstijd waarmee het Carboon was begonnnen, duurde in het Perm voort, maar liep spoedig ten einde. De landmassa's dicht bij de Zuidpool waren aanvankelijk sterk vergletsjerd, maar naarmate de continenten meer naar het noorden migreerden, verdwenen de gletsjers geleidelijk.

Gedurende het grootste deel van het Trias bleef Pangea min of meer intact en op zijn plaats. De westrand van Noord-Amerika was een actieve continentgrens, waarlangs vulkanisme in eilandenbogen plaatsvond. Op slechts enkele plaatsen binnen de continenten ontstonden er stollingsgesteenten, met een opmerkelijk grote omvang. Zo worden er in Siberië plateaubasalten gevonden uit het Trias, als resultaat van lavastromen. Vergelijkbare processen vonden ongeveer gelijktijdig plaats in Zuid-Afrika, waar zij voortduurden tot in de Jura.

In het Jura kwam de spreiding van Pangea pas echt op gang, vooral door de splitsing van Laurazië en Gondwana, het begin van de opening van de noordelijke Atlantische Oceaan en door het uiteenvallen van Gondwana in Afrika, Australië, Zuid-Amerika, Antarctica en India.

Tijdens het Krijt vorderde het uiteenvallen van Pangea snel. De noordelijke Atlantische Oceaan werd steeds breder en er trad slenkvorming op langs de lijn waar de zuidelijke Atlantische Oceaan spoedig zou opengaan; India rukte snel noordwaarts op en Afrika dreef naar het noorden richting Eurazië.

In het Paleoceen had India Azië nog niet bereikt en zat Australië nog steeds aan Antarctica vast. Naar het westen toe kunnen de Amerikaanse platen zich niet vrij bewegen. Ze botsen op de plaat van de Stille Oceaan. Daardoor greep aan de westkust van Noord- en Zuid-Amerika een intense gebergtevorming plaats en ontstonden de Rocky Mountains en de Andesketen. Het blok van Zuid-Amerika schoof later naar het noorden, het oprijzend gebergte dat daardoor ontstond (en dat Midden-Amerika heeft gevormd,) verenigde beide grote continentale blokken met elkaar. In het zuidelijk halfrond braken Afrika, Madagaskar, Australië en India uit elkaar. India botste tenslotte tegen Azië, met de Himalaya als resultaat. Deze verschuivingen voltooiden zich in de jongste 50 miljoen jaar. Australië had toen al ongeveer zijn huidige positie ingenomen. Antarctica schoof geleidelijk dichter naar de Zuidpool. Het Arabisch Schiereiland brak los van Afrika en sloot zich aan bij Azië. De Rode Zee werd geboren en verbreedt zich nu nog altijd.

Kenozoïcum

Evolutie van zoogdieren

[[Media:

Voorbeeld.ogg

[[WikipediaNL]cursieve tekst[[Media:Bestand:Voorbeeld.ogg--~~~~Tekst die niet geïnterpreteerd wordt. ---- {| class="prettytable" |- {| class="prettytable" |- ! kop 1 ! kop 2 ! kop 3 |- | rij 1, cel 1 | rij 1, cel 2 | rij 1, cel 3 |- | rij 2, cel 1 | rij 2, cel 2 | rij 2, cel 3 |}{| class="prettytable" |- {| class="prettytable" |- ! kop 1 ! kop 2 ! kop 3 |- | rij 1, cel 1 | rij 1, cel 2 | rij 1, cel 3 |- | rij 2, cel 1 | rij 2, cel 2 | rij 2, cel 3 |}{| class="prettytable" |- {| class="prettytable" |- ! kop 1 ! kop 2 ! kop 3 |- | rij 1, cel 1 | rij 1, cel 2 | rij 1, cel 3 |- | rij 2, cel 1 | rij 2, cel 2 | rij 2, cel 3 |} |} |} |}]]]]]

Zie ook

• geochronologie
• geologisch tijdvak
• ouderdom van de Aarde
• geologisch archief
• evolutietheorie
• evolutie van de mens
• platentektoniek
• ijstijd