Παλαιοκλίμα
Εξέλιξη της ατμόσφαιρας και του ωκεανού
Κατά τη μακρά πορεία του Προκμπριανού χρόνου, οι κλιματολογικές συνθήκες της Γης άλλαξαν σημαντικά. Στοιχεία αυτού φαίνονται στο ιζηματογενές αρχείο, το οποίο τεκμηριώνει αξιόλογες αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας και των ωκεανών με την πάροδο του χρόνου.
Οξυγόνωση της ατμόσφαιρας
Η Γη σχεδόν σίγουρα είχε μια ατμόσφαιρα μείωσης πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Ακτινοβολία του ήλιου που παράγεται οργανικών ενώσεων από τα αναγωγικά αέρια-μεθάνιο (CH 4) και αμμωνία (ΝΗ 3). Τα ορυκτά ουρανινίτη (UO 2) και πυρίτης (FeS 2)καταστρέφονται εύκολα σε μια οξειδωτική ατμόσφαιρα. Η επιβεβαίωση μιας αναγωγικής ατμόσφαιρας παρέχεται από μη οξειδωμένους κόκκους αυτών των ορυκτών σε ιζήματα 3,0 δισεκατομμυρίων ετών. Ωστόσο, η παρουσία πολλών τύπων νηματοειδών μικρο-απολιθωμάτων, που χρονολογούνται πριν από 3,45 δισεκατομμύρια χρόνια στα χείλη της περιοχής Pilbara, δείχνει ότι η φωτοσύνθεση είχε αρχίσει να απελευθερώνει οξυγόνο στην ατμόσφαιρα εκείνη την εποχή. Η παρουσία ορυκτών μορίων στα κυτταρικά τοιχώματα των γαλαζοπράσινων φυκών ηλικίας 2,5 δισεκατομμυρίων ετών (κυανοβακτήρια) αποδεικνύει την ύπαρξη σπάνιων οργανισμών που παράγουν οξυγόνο μέχρι εκείνη την περίοδο.
Οι ωκεανοί του Αρχαίου Eon (4,0 έως 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) περιείχαν πολύ σιδηρούχο σίδηρο που προέρχεται από ηφαιστειακό (Fe 2+), ο οποίος κατατέθηκε ως αιματίτης (Fe 2 O 3) σε BIF. Το οξυγόνο που συνδύαζε τον σιδηρούχο σίδηρο παρέχεται ως απόβλητο κυανοβακτηριακού μεταβολισμού. Μια σημαντική έκρηξη στην εναπόθεση BIF από 3,1 δισεκατομμύρια σε 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν - που κορυφώθηκε περίπου 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν - καθαρίζει τους ωκεανούς από σιδηρούχο σίδηρο. Αυτό επέτρεψε στο επίπεδο του ατμοσφαιρικού οξυγόνου να αυξηθεί αισθητά. Μέχρι τη στιγμή της εκτεταμένης εμφάνισης των ευκαρυωτικών στα 1,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η συγκέντρωση οξυγόνου είχε αυξηθεί στο 10 τοις εκατό του παρόντος ατμοσφαιρικού επιπέδου (PAL). Αυτές οι σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις ήταν επαρκείς για την πραγματοποίηση οξειδωτικών καιρικών συνθηκών, όπως αποδεικνύεται από πλούσια σε αιματίτη ορυκτά εδάφη (παλαιοσόλες) και από ερυθρές στρώσεις (ψαμμίτες με κόκκους χαλαζία με επικάλυψη αιματίτη). Μια δεύτερη μεγάλη κορυφή, η οποία αύξησε τα επίπεδα ατμοσφαιρικού οξυγόνου στο 50% PAL, επιτεύχθηκε πριν από 600 εκατομμύρια χρόνια. Υποδηλώνεται από την πρώτη εμφάνιση της ζωικής ζωής (metazoans) που απαιτεί επαρκές οξυγόνο για την παραγωγή κολλαγόνου και τον επακόλουθο σχηματισμό σκελετών. Επιπλέον, στην στρατόσφαιρα κατά τη διάρκεια του Precambrian, το ελεύθερο οξυγόνο άρχισε να σχηματίζει ένα στρώμα όζοντος (O 3), το οποίο ενεργεί επί του παρόντος ως προστατευτική ασπίδα έναντι των υπεριωδών ακτίνων του Ήλιου.
Ανάπτυξη του ωκεανού
Η προέλευση των ωκεανών της Γης εμφανίστηκε νωρίτερα από εκείνη των παλαιότερων ιζηματογενών πετρωμάτων. Τα ιζήματα 3,85 δισεκατομμυρίων ετών στο Isua της δυτικής Γροιλανδίας περιέχουν BIF που είχαν κατατεθεί σε νερό. Αυτά τα ιζήματα, τα οποία περιλαμβάνουν αποξεσμένους κόκκους ζιρκονίου που υποδηλώνουν μεταφορά νερού, διασταυρώνονται με βασάλτες λάβα με δομές μαξιλαριού που σχηματίζονται όταν οι λαβές εξωθούνται κάτω από νερό. Η σταθερότητα του υγρού νερού (δηλαδή, η συνεχής παρουσία του στη Γη) υποδηλώνει ότι οι θερμοκρασίες του επιφανειακού θαλασσινού νερού ήταν παρόμοιες με αυτές του παρόντος.
Οι διαφορές στη χημική σύνθεση των ιζηματογενών πετρωμάτων της Αρχαίας και των Πρωτερόζωων δείχνουν δύο διαφορετικούς μηχανισμούς για τον έλεγχο της σύνθεσης του θαλασσινού νερού μεταξύ των δύο προκάμπρια αιώνων. Κατά τη διάρκεια της Αρχαίας, η σύνθεση του θαλασσινού νερού επηρεάστηκε κυρίως από την άντληση νερού μέσω βασαλτικού ωκεάνιου φλοιού, όπως συμβαίνει σήμερα σε ωκεάνια κέντρα εξάπλωσης. Αντίθετα, κατά τη διάρκεια του Proterozoic, ο παράγοντας ελέγχου ήταν η απόρριψη ποταμών από σταθερά ηπειρωτικά περιθώρια, η οποία αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μετά από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι σημερινοί ωκεανοί διατηρούν τα επίπεδα αλατότητάς τους με μια ισορροπία μεταξύ των αλάτων που παράγονται από την απορροή γλυκού νερού από τις ηπείρους και την εναπόθεση ορυκτών από το θαλασσινό νερό.
Κλιματικές συνθήκες
Ένας σημαντικός παράγοντας που ελέγχει το κλίμα κατά την Προκαμπρία ήταν η τεκτονική διάταξη των ηπείρων. Σε περιόδους σχηματισμού υπερήπειρων (σε 2,5 δισεκατομμύρια, 2,1 έως 1,8 δισεκατομμύρια και 1,0 δισεκατομμύρια έως 900 εκατομμύρια χρόνια πριν), ο συνολικός αριθμός των ηφαιστείων ήταν περιορισμένος. υπήρχαν λίγα τόξα του νησιού (μεγάλες, καμπύλες αλυσίδες νησιών που σχετίζονται με έντονη ηφαιστειακή και σεισμική δραστηριότητα) και το συνολικό μήκος των ωκεανών κορυφογραμμών ήταν σχετικά μικρό. Αυτή η σχετική έλλειψη ηφαιστείων είχε ως αποτέλεσμα χαμηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα αερίου του θερμοκηπίου (CO 2). Αυτό συνέβαλε σε χαμηλές θερμοκρασίες επιφάνειας και εκτεταμένους παγετώσεις. Αντίθετα, σε περιόδους ηπειρωτικής διάλυσης, που οδήγησαν σε μέγιστους ρυθμούς εξάπλωσης και αφαίρεσης του θαλάσσιου πυθμένα (σε 2,3 έως 1,8 δισεκατομμύρια, 1,7 έως 1,2 δισεκατομμύρια και 800 έως 500 εκατομμύρια χρόνια πριν), υπήρχαν υψηλές εκπομπές CO 2 από πολλά ηφαίστεια σε ωκεάνιες κορυφογραμμές και τόξα νησιών. Το ατμοσφαιρικό φαινόμενο του θερμοκηπίου ενισχύθηκε, θερμαίνοντας την επιφάνεια της Γης και ο παγετώνας απουσίαζε. Αυτές οι τελευταίες συνθήκες εφαρμόστηκαν επίσης στον Αρχαίο Eon πριν από το σχηματισμό ηπείρων.
Θερμοκρασία και βροχόπτωση
Η ανακάλυψη 3,85 δισεκατομμυρίων ετών θαλάσσιων ιζημάτων και λαβών μαξιλαριού στη Γροιλανδία υποδηλώνει την ύπαρξη υγρού νερού και υποδηλώνει θερμοκρασία επιφάνειας πάνω από 0 ° C (32 ° F) κατά τη διάρκεια του πρώιμου μέρους του Προκαμπριανού χρόνου. Η παρουσία στρωματολιτών 3,5 δισεκατομμυρίων ετών στην Αυστραλία υποδηλώνει θερμοκρασία επιφάνειας περίπου 7 ° C (45 ° F). Οι ακραίες συνθήκες του θερμοκηπίου στην Αρχαία προκαλούνται από αυξημένα ατμοσφαιρικά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα από έντονο ηφαιστειακό (συλλογή λάβας από υποβρύχιες ρωγμές) διατηρώντας τις θερμοκρασίες της επιφάνειας αρκετά υψηλές για την εξέλιξη της ζωής. Αντιστάθμισαν τη μειωμένη ηλιακή φωτεινότητα (ρυθμός συνολικής ενεργειακής παραγωγής από τον Ήλιο), η οποία κυμαινόταν από 70 έως 80 τοις εκατό της παρούσας αξίας. Χωρίς αυτές τις ακραίες συνθήκες θερμοκηπίου, το υγρό νερό δεν θα είχε συμβεί στην επιφάνεια της Γης.
Αντίθετα, οι άμεσες ενδείξεις βροχοπτώσεων στο γεωλογικό αρχείο είναι πολύ δύσκολο να βρεθούν. Μερικά περιορισμένα στοιχεία έχουν παρασχεθεί από καλά διατηρημένους λάκκους βροχής σε βράχους 1,8 δισεκατομμυρίων ετών στη νοτιοδυτική Γροιλανδία.
