Paleoclimate
התפתחות האווירה והאוקיאנוס
במהלך התקופה הארוכה של תקופת פרה-קמבריאה, תנאי האקלים של כדור הארץ השתנו במידה ניכרת. עדויות לכך ניתן לראות בתיעוד המשקע, המתעד שינויים ניכרים בהרכב האטמוספרה והאוקיינוסים לאורך זמן.
חמצן באטמוספרה
כדור הארץ כמעט ובוודאי החזיק באווירה מקטינה לפני 2.5 מיליארד שנה. קרינת השמש ייצרה תרכובות אורגניות מצמצום גזים - מתאן (CH 4) ואמוניה (NH 3). המינרלים אורניניט (UO 2) ופיריט (FeS 2)) נהרסות בקלות באטמוספרה מחמצנת; אישור לאטמוספרה המצטמצמת מסופק על ידי גרגרים לא מחוסנים של מינרלים אלה במשקעים בני 3.0 מיליארד שנה. עם זאת, נוכחותם של סוגים רבים של מיקרו-מאובנים חוטיים המתוארכים לפני 3.45 מיליארד שנה בצ'רטים של אזור פילברה מרמזת כי פוטוסינתזה החלה לשחרר חמצן לאטמוספרה באותה תקופה. נוכחותן של מולקולות מאובנות בדפנות התא של אצות כחולות-ירוקות בת 2.5 מיליארד שנה (ציאנובקטריה) מבסס את קיומן של אורגניזמים נדירים המייצרים חמצן באותה תקופה.
אוקיינוסים של האיון הארכי (לפני 4.0 עד 2.5 מיליארד שנה) הכילו ברזל ברזלי ברזלי שמקורו וולקני (Fe 2+) שהופקד כהמטיט (Fe 2 O 3) ב- BIF. החמצן ששילב את הברזל הברזל סופק כתוצר פסולת של חילוף חומרים ציאנו-בקטריאלי. פרץ גדול בתצהיר ה- BIF מלפני 3.1 מיליארד ל -2.5 מיליארד שנה - שהגיע לשיא לפני כ -2.7 מיליארד שנה - פינה את האוקיינוסים מברזל ברזל. זה איפשר את רמת החמצן האטמוספירה לעלות באופן ניכר. בזמן הופעתם הנרחבת של אוקריוטות לפני 1.8 מיליארד שנה, ריכוז החמצן עלה ל -10 אחוז מהרמה האטמוספרית הנוכחית (PAL). ריכוזים גבוהים יחסית אלה הספיקו כדי שיבול חמצוני יתקיים, כפי שמעידים קרקעות מאובנים עשירות המטיט (פליוסולים) ומיטות אדומות (אבני חול עם גרגרי קוורץ מצופים המטיט). שיא מרכזי שני, שהעלה את רמות החמצן האטמוספרי ל 50 אחוז PAL, הושג לפני 600 מיליון שנה. זה נקרא על ידי הופעתם הראשונה של חיי בעלי חיים (מטאזואנים) הדורשים חמצן מספיק לייצור קולגן והיווצרות שלדים לאחר מכן. יתרה מזאת, בסטרטוספרה בתקופת הפרה-קומבריה החל חמצן חופשי ליצור שכבת אוזון (O 3), המשמשת כיום כמגן מגן מפני קרני האולטרה-סגול של השמש.
פיתוח האוקיאנוס
מקורם של אוקיינוסים בכדור הארץ התרחש מוקדם יותר מזה של הסלעים המשקעים העתיקים ביותר. המשקעים בני 3.85 מיליארד שנה באיסואה במערב גרינלנד מכילים BIFs שהופקדו במים. משקעים אלה, הכוללים גרגירי זירקון דריטליים משובצים המעידים על הובלת מים, משובצים לבה בזלתית עם מבני כריות הנוצרים כאשר מוחצנים לבה מתחת למים. יציבותם של מים נוזליים (כלומר נוכחותם הרציפה בכדור הארץ) מרמזת כי טמפרטורות מי הים לפני השטח היו דומות לאלה של ימינו.
ההבדלים בהרכב הכימי של סלעי משקע ארצ'אניים ופרוטרוזוזיים מצביעים על שני מנגנונים שונים לבקרת הרכב מי הים בין שני העידנים הפרה-קמבריאיים. במהלך הארכיאן הושפעו בעיקר מי ים על ידי שאיבת מים דרך קרום אוקיאני בזלת, כמו שקורה כיום במרכזי התפשטות אוקיאנית. לעומת זאת, במהלך ה- Proterozoic, הגורם השולט היה פריקת נחל בשוליים יבשתיים יציבים, שהתפתחו לראשונה לאחר 2.5 מיליארד שנה. האוקיאנוסים של ימינו שומרים על רמות המליחות שלהם על ידי איזון בין מלחים המועברים על ידי נגר מים מתוקים מהיבשות לבין הצבת מינרלים ממי הים.
תנאי מזג אוויר
גורם מרכזי בשליטה על האקלים בתקופת הפרה-קומבריה היה הסידור הטקטוני של יבשות. בזמנים של היווצרות על-יבשת (בגובה 2.5 מיליארד, 2.1 עד 1.8 מיליארד, ובין 1.0 מיליארד עד 900 מיליון שנה), מספר הרי הגעש היה מוגבל; היו מעט קשתות איים (שרשראות אי ארוכות ומעוקלות הקשורות בפעילות וולקנית וסיסמית אינטנסיבית), והאורך הכללי של רכסי התפשטות האוקיאנית היה קצר יחסית. מחסור יחסי זה של הרי געש הביא לפליטות נמוכות של פחמן דו חמצני בגז החממה (CO 2). זה תרם לטמפרטורות שטח נמוכות וקרחיות נרחבות. לעומת זאת, בזמנים של התפרקות יבשתית, שהובילה לשיעורים מרביים של התפשטות רצפת קרקעית הים וההתנתקות (בגודל 2.3 עד 1.8 מיליארד, 1.7 עד 1.2 מיליארד, ולפני 800 עד 500 מיליון שנה), היו פליטות גבוהות של CO 2 מהר געש רבים ברכסים אוקיאניים וקשתות איים. השפעת החממה האטמוספרית שופרה, התחממה לפני השטח של כדור הארץ והקרחון לא היה נעדר. תנאים אלה האחרונים חלו גם על האיון הארכאי לפני היווצרות יבשות.
טמפרטורה ומשקעים
גילוי משקעים ימיים בני 3.85 מיליארד שנה ולבות כריות בגרינלנד מעידים על קיומם של מים נוזליים ומרמז על טמפרטורת שטח מעל 0 ° C (32 מעלות צלזיוס) במהלך החלק הקדום של הזמן הפרה-קומברי. נוכחותם של סטרומטוליטים בני 3,5 מיליארד שנה באוסטרליה מצביעה על טמפרטורת שטח של כ- 7 מעלות צלזיוס. תנאי חממה קיצוניים בארכיאן שנגרמו על ידי רמות אטמוספרי גבוהות של פחמן דו חמצני כתוצאה מוולקניזם עז (שפכי לבה מפיצולי צוללות) שמרו על טמפרטורות פני השטח מספיק גבוהות להתפתחות החיים. הם פיתחו את האורות הסולאריים המופחתים (שיעור תפוקת האנרגיה הכוללת מהשמש), שנע בין 70 ל- 80 אחוז מהערך הנוכחי. ללא תנאי חממה קיצוניים אלה מים נוזלים לא היו מתרחשים על פני כדור הארץ.
לעומת זאת, עדויות ישירות לגשמים ברשומה הגיאולוגית קשה מאוד למצוא. הוכחות מוגבלות הובאו על ידי בורות גשם שמורים היטב בסלעים בני 1.8 מיליארד שנה בדרום מערב גרינלנד.
