paleoclima
Evoluzione dell'atmosfera e dell'oceano
Durante il lungo corso del tempo Precambriano, le condizioni climatiche della Terra cambiarono notevolmente. La prova di ciò può essere vista nel registro sedimentario, che documenta nel tempo cambiamenti apprezzabili nella composizione dell'atmosfera e degli oceani.
Ossigenazione dell'atmosfera
La Terra possedeva quasi sicuramente un'atmosfera riducente prima di 2,5 miliardi di anni fa. La radiazione solare ha prodotto composti organici dalla riduzione dei gas: metano (CH 4) e ammoniaca (NH 3). I minerali uraninite (UO 2) e pirite (FeS 2) vengono facilmente distrutti in un'atmosfera ossidante; la conferma di un'atmosfera riducente è fornita dai grani non ossidati di questi minerali nei sedimenti di 3,0 miliardi di anni. Tuttavia, la presenza di molti tipi di microfossili filamentosi risalenti a 3,45 miliardi di anni fa nelle viscere della regione di Pilbara suggerisce che da quel momento la fotosintesi aveva iniziato a rilasciare ossigeno nell'atmosfera. La presenza di molecole fossili nelle pareti cellulari di alghe blu-verdi di 2,5 miliardi di anni (cianobatteri) stabilisce l'esistenza di rari organismi produttori di ossigeno entro quel periodo.
Gli oceani dell'Eone Archeano (da 4,0 a 2,5 miliardi di anni fa) contenevano molto ferro ferroso di origine vulcanica (Fe 2+), che è stato depositato come ematite (Fe 2 O 3) nei BIF. L'ossigeno che combinava il ferro ferroso veniva fornito come prodotto di scarto del metabolismo cianobatterico. Una grande esplosione nella deposizione di BIF da 3,1 a 2,5 miliardi di anni fa, con un picco di circa 2,7 miliardi di anni fa, ha ripulito gli oceani dal ferro ferroso. Ciò ha permesso di aumentare sensibilmente il livello di ossigeno atmosferico. Al tempo della diffusa comparsa di eucarioti a 1,8 miliardi di anni fa, la concentrazione di ossigeno era salita al 10 percento dell'attuale livello atmosferico (PAL). Queste concentrazioni relativamente elevate sono state sufficienti perché si verifichino agenti atmosferici ossidativi, come evidenziato da terreni fossili ricchi di ematite (paleosoli) e letti rossi (arenarie con granuli di quarzo ricoperti di ematite). Un secondo picco importante, che ha portato i livelli di ossigeno atmosferico al 50% di PAL, è stato raggiunto 600 milioni di anni fa. È stato indicato dalla prima apparizione della vita animale (metazoi) che richiede ossigeno sufficiente per la produzione di collagene e la successiva formazione di scheletri. Inoltre, nella stratosfera durante la Precambrian, l'ossigeno libero ha iniziato a formare uno strato di ozono (O 3), che attualmente funge da scudo protettivo contro i raggi ultravioletti del Sole.
Sviluppo dell'oceano
L'origine degli oceani della Terra è avvenuta prima di quella delle più antiche rocce sedimentarie. I sedimenti di 3,85 miliardi di anni a Isua, nella Groenlandia occidentale, contengono BIF depositati in acqua. Questi sedimenti, che includono granuli di zircone detriti abrasivi che indicano il trasporto dell'acqua, sono interconnessi con lave basaltiche con strutture a cuscino che si formano quando le lave vengono estruse sott'acqua. La stabilità dell'acqua liquida (cioè la sua presenza continua sulla Terra) implica che le temperature dell'acqua di mare superficiale erano simili a quelle del presente.
Le differenze nella composizione chimica delle rocce sedimentarie archeache e proterozoiche indicano due diversi meccanismi per controllare la composizione dell'acqua di mare tra i due eoni precambriani. Durante l'arcipelago, la composizione dell'acqua di mare è stata principalmente influenzata dal pompaggio di acqua attraverso la crosta oceanica basaltica, come avviene oggi nei centri di diffusione oceanica. Al contrario, durante il proterozoico, il fattore di controllo era lo scarico dei fiumi dai margini continentali stabili, che si svilupparono per la prima volta dopo 2,5 miliardi di anni fa. Gli oceani odierni mantengono i loro livelli di salinità attraverso un equilibrio tra i sali rilasciati dal deflusso di acqua dolce dai continenti e la deposizione di minerali dall'acqua di mare.
Condizioni climatiche
Un importante fattore che controllava il clima durante il Precambrian era la disposizione tettonica dei continenti. In periodi di formazione di supercontinenti (a 2,5 miliardi, da 2,1 a 1,8 miliardi e da 1,0 miliardi a 900 milioni di anni fa), il numero totale di vulcani era limitato; c'erano pochi archi insulari (lunghe catene curve dell'isola associate ad un'intensa attività vulcanica e sismica) e la lunghezza complessiva delle creste oceaniche di diffusione era relativamente breve. Questa relativa carenza di vulcani ha comportato basse emissioni di anidride carbonica (CO 2). Ciò ha contribuito a basse temperature superficiali e ampie glaciazioni. Al contrario, in periodi di rottura continentale, che ha portato a tassi massimi di diffusione e subduzione del fondo marino (da 2,3 a 1,8 miliardi, da 1,7 a 1,2 miliardi e da 800 a 500 milioni di anni fa), si sono registrate elevate emissioni di CO 2 da numerosi vulcani nelle creste oceaniche e negli archi dell'isola. L'effetto atmosferico della serra fu potenziato, riscaldando la superficie terrestre e la glaciazione era assente. Queste ultime condizioni si applicavano anche all'Eone Archeano prima della formazione dei continenti.
Temperatura e precipitazioni
La scoperta di sedimenti marini di 3,85 miliardi di anni e lava di cuscini in Groenlandia indica l'esistenza di acqua liquida e implica una temperatura superficiale superiore a 0 ° C (32 ° F) durante la prima parte del tempo Precambriano. La presenza di stromatoliti di 3,5 miliardi di anni in Australia suggerisce una temperatura superficiale di circa 7 ° C (45 ° F). Le condizioni estreme della serra nell'arceano causate da elevati livelli atmosferici di anidride carbonica da intenso vulcanismo (effusione di lava da fessure sottomarine) hanno mantenuto le temperature superficiali abbastanza alte per l'evoluzione della vita. Hanno contrastato la ridotta luminosità solare (tasso di produzione totale di energia dal Sole), che variava dal 70 all'80 percento del valore attuale. Senza queste condizioni estreme di serra, non si sarebbe verificata acqua liquida sulla superficie terrestre.
Al contrario, è molto difficile trovare prove dirette di precipitazioni nella documentazione geologica. Alcune prove limitate sono state fornite da pozzi di pioggia ben conservati in rocce vecchie di 1,8 miliardi di anni nella Groenlandia sud-occidentale.
