Paleoklima
Atmosfēras un okeāna evolūcija
Ilgā Prekambrijas laika gaitā Zemes klimatiskie apstākļi ievērojami mainījās. To apliecina nogulumiežu reģistrs, kas dokumentē ievērojamas atmosfēras un okeānu sastāva izmaiņas laika gaitā.
Atmosfēras skābeklis
Zemei gandrīz noteikti bija reducējoša atmosfēra pirms 2,5 miljardiem gadu. Saules starojums no reducējošām gāzēm radīja organiskus savienojumus - metānu (CH 4) un amonjaku (NH 3). Minerāli uraninīts (UO 2) un pirīts (FeS 2) tiek viegli iznīcināti oksidējošā atmosfērā; apstiprinājumu par reducējošo atmosfēru sniedz neoksidētie šo minerālu graudi 3,0 miljardus gadu vecos nogulumos. Tomēr daudzu filamentu mikrofosilu klātbūtne Pilbara reģiona chertos, kas datēta ar laiku pirms 3,45 miljardiem gadu, liek domāt, ka līdz tam laikam fotosintēze bija sākusi izdalīt skābekli atmosfērā. Fosilo molekulu klātbūtne 2,5 miljardus gadu veco zili zaļo aļģu (zilaļģu baktēriju) šūnu sienās norāda uz retu skābekli ražojošu organismu esamību šajā periodā.
Arhejas eona okeāni (pirms 4,0–2,5 miljardiem gadu) saturēja daudz vulkānu izcelsmes dzelzs (Fe 2+), kas BIF tika nogulsnēts kā hematīts (Fe 2 O 3). Skābeklis, kas apvienoja melno dzelzi, tika piegādāts kā zilaļģu metabolisma atkritumu produkts. Liels BIF nogulsnēšanās process no 3,1 miljarda līdz 2,5 miljardiem gadu atpakaļ - ar maksimumu pirms aptuveni 2,7 miljardiem gadu - notīrīja melnā dzelzs okeānus. Tas ļāva ievērojami paaugstināt atmosfēras skābekļa līmeni. Līdz plaši izplatītam eikariotu parādīšanās brīdim pirms 1,8 miljardiem gadu skābekļa koncentrācija bija palielinājusies līdz 10 procentiem no pašreizējā atmosfēras līmeņa (PAL). Šīs salīdzinoši augstās koncentrācijas bija pietiekamas, lai notiktu oksidējoši laika apstākļi, par ko liecina fosilās augsnes (paleosoli) un sarkanās gultnes (smilšakmeņi ar kvarca graudiem, kas pārklāti ar hematītiem) ar bagātīgu hematītu. Otro galveno virsotni, kas atmosfēras skābekļa līmeni paaugstināja līdz 50 procentiem PAL, sasniedza pirms 600 miljoniem gadu. To apzīmēja dzīvnieku dzīves parādīšanās (metazoāni), kuriem bija nepieciešams pietiekams daudzums skābekļa kolagēna ražošanai un sekojošai skeletu veidošanai. Turklāt stratosfērā Prekambrijas laikā brīvais skābeklis sāka veidot ozona slāni (O 3), kas šobrīd darbojas kā aizsargājošs vairogs pret Saules ultravioletajiem stariem.
Okeāna attīstība
Zemes okeānu izcelsme notika agrāk nekā vecākajiem nogulumiežiem. 3,85 miljardus gadu vecie nogulumi Isua Grenlandes rietumos satur BIF, kas atradās ūdenī. Šie nogulumi, kas ietver noberztus detritālus cirkona graudus, kas norāda uz ūdens transportu, ir pārklāti ar bazalta lavām ar spilvenu struktūrām, kas veidojas, kad lavas tiek izspiestas zem ūdens. Šķidrā ūdens stabilitāte (tas ir, tā pastāvīgā klātbūtne uz Zemes) nozīmē, ka virszemes jūras ūdens temperatūra bija līdzīga pašreizējai.
Arhejas un Proterozoic nogulumiežu ķīmiskā sastāva atšķirības norāda uz diviem atšķirīgiem mehānismiem jūras ūdens sastāva kontrolei starp diviem Precambrian eoniem. Arhejas laikā jūras ūdens sastāvu galvenokārt ietekmēja ūdens sūknēšana caur bazalta okeāna garoza, kā tas šodien notiek okeāna izplatības centros. Turpretī Proterozoic laikā kontrolējošais faktors bija upju noplūde pie stabilām kontinentālajām robežām, kas pirmo reizi izveidojās pirms 2,5 miljardiem gadu. Mūsdienu okeāni saglabā savu sāļuma līmeni līdzsvarā starp sāļiem, ko piegādā kontinentos iegūtais saldūdens krājums, un minerālu nogulsnēm no jūras ūdens.
Klimatiskie apstākļi
Galvenais faktors, kas kontrolēja klimatu Prekambrijas laikā, bija kontinentu tektoniskais izvietojums. Superkontinentu veidošanās laikā (pirms 2,5 miljardiem, 2,1 līdz 1,8 miljardiem un pirms 1,0 miljardiem līdz 900 miljoniem gadu) kopējais vulkānu skaits bija ierobežots; salu loka bija maz (garas, izliektas salu ķēdes, kas saistītas ar intensīvu vulkānisko un seismisko aktivitāti), un kopējais okeāna izkliedes grēdu garums bija salīdzinoši īss. Šis relatīvais vulkānu trūkums izraisīja zemu siltumnīcefekta gāzu oglekļa dioksīda (CO 2) emisiju. Tas veicināja zemu virsmas temperatūru un plašu ledāju veidošanos. Turpretī kontinentālās sabrukšanas laikā, kas izraisīja maksimālo jūras dibena izplatību un subdukciju (pirms 2,3–1,8 miljardiem, 1,7–1,2 miljardiem un pirms 800–500 miljoniem gadu), no daudziem vulkāniem bija lielas CO 2 emisijas. okeāna grēdās un salu lokos. Siltumnīcas efekts atmosfērā tika pastiprināts, sasildot Zemes virsmu, un apledojuma nebija. Šie pēdējie nosacījumi attiecās arī uz Arhejas eonu pirms kontinentu veidošanās.
Temperatūra un nokrišņi
3,85 miljardus gadu vecu jūras nogulumu un spilvenu lavu atklāšana Grenlandē norāda uz šķidra ūdens esamību un paredz virsmas temperatūru virs 0 ° C (32 ° F) Prekambrijas laika sākumā. 3,5 miljardus gadu vecu stromatolītu klātbūtne Austrālijā liecina par virsmas temperatūru aptuveni 7 ° C (45 ° F). Ārkārtējie siltumnīcas apstākļi Arhejas reģionā, ko izraisa paaugstināts atmosfēras oglekļa dioksīda līmenis no intensīva vulkānisma (lavas izsūkšanās no zemūdens plaisām), uzturēja virsmas temperatūru pietiekami augstu, lai dzīvība attīstītos. Viņi neitralizēja samazinātu saules gaismas daudzumu (Saules enerģijas kopējo daudzumu), kas svārstījās no 70 līdz 80 procentiem no pašreizējās vērtības. Bez šiem ārkārtējiem siltumnīcas apstākļiem uz Zemes virsmas nebūtu noticis šķidrs ūdens.
Turpretī tiešus nokrišņu pierādījumus ģeoloģiskajā ierakstā ir ļoti grūti atrast. Daži ierobežoti pierādījumi ir sniegti par labi saglabātām lietus bedrēm 1,8 miljardus gadu vecos iežos Grenlandes dienvidrietumos.
