Paläoklima
Entwicklung der Atmosphäre und des Ozeans
Während des langen Verlaufs der präkambrischen Zeit änderten sich die klimatischen Bedingungen der Erde erheblich. Ein Beleg dafür ist die Sedimentaufzeichnung, die spürbare Veränderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre und der Ozeane im Laufe der Zeit dokumentiert.
Sauerstoffanreicherung der Atmosphäre
Die Erde besaß mit ziemlicher Sicherheit vor 2,5 Milliarden Jahren eine reduzierende Atmosphäre. Die Sonnenstrahlung erzeugte organische Verbindungen aus reduzierenden Gasen - Methan (CH 4) und Ammoniak (NH 3). Die Mineralien Uraninit (UO 2) und Pyrit (FeS 2)) in oxidierender Atmosphäre leicht zerstört werden; Die Bestätigung einer reduzierenden Atmosphäre wird durch nicht oxidierte Körner dieser Mineralien in 3,0 Milliarden Jahre alten Sedimenten geliefert. Das Vorhandensein vieler Arten von filamentösen Mikrofossilien, die vor 3,45 Milliarden Jahren in den Cherts der Pilbara-Region datiert wurden, deutet jedoch darauf hin, dass die Photosynthese zu diesem Zeitpunkt begonnen hatte, Sauerstoff in die Atmosphäre freizusetzen. Das Vorhandensein fossiler Moleküle in den Zellwänden von 2,5 Milliarden Jahre alten Blaualgen (Cyanobakterien) belegt die Existenz seltener sauerstoffproduzierender Organismen zu diesem Zeitpunkt.
Die Ozeane des Archäischen Zeitalters (vor 4,0 bis 2,5 Milliarden Jahren) enthielten viel vulkanisches Eisen (Fe 2+), das in BIF als Hämatit (Fe 2 O 3) abgelagert wurde. Der Sauerstoff, der das Eisen verband, wurde als Abfallprodukt des Cyanobakterienstoffwechsels bereitgestellt. Ein großer Ausbruch der Ablagerung von BIF vor 3,1 bis 2,5 Milliarden Jahren, der vor etwa 2,7 Milliarden Jahren seinen Höhepunkt erreichte, befreite die Ozeane von Eisen. Dadurch konnte der Luftsauerstoffgehalt merklich ansteigen. Zum Zeitpunkt des weit verbreiteten Auftretens von Eukaryoten vor 1,8 Milliarden Jahren war die Sauerstoffkonzentration auf 10 Prozent des gegenwärtigen atmosphärischen Niveaus (PAL) gestiegen. Diese relativ hohen Konzentrationen reichten aus, um eine oxidative Verwitterung zu erreichen, wie hämatitreiche fossile Böden (Paläosole) und rote Schichten (Sandsteine mit hämatitbeschichteten Quarzkörnern) belegen. Ein zweiter Hauptpeak, der den Luftsauerstoffgehalt auf 50 Prozent PAL erhöhte, wurde vor 600 Millionen Jahren erreicht. Es wurde durch das erste Auftreten von Tierleben (Metazoen) bezeichnet, das ausreichend Sauerstoff für die Produktion von Kollagen und die anschließende Bildung von Skeletten benötigte. Darüber hinaus begann freier Sauerstoff in der Stratosphäre während des Präkambriums eine Ozonschicht (O 3) zu bilden, die derzeit als Schutzschild gegen die ultravioletten Strahlen der Sonne dient.
Entwicklung des Ozeans
Der Ursprung der Ozeane der Erde lag früher als der der ältesten Sedimentgesteine. Die 3,85 Milliarden Jahre alten Sedimente in Isua in Westgrönland enthalten BIFs, die im Wasser abgelagert wurden. Diese Sedimente, zu denen abgeriebene Detritalzirkonkörner gehören, die auf einen Wassertransport hinweisen, sind mit Basaltlaven mit Kissenstrukturen eingebettet, die sich bilden, wenn Laven unter Wasser extrudiert werden. Die Stabilität von flüssigem Wasser (dh seine kontinuierliche Präsenz auf der Erde) impliziert, dass die Meerwassertemperaturen an der Oberfläche denen der Gegenwart ähnlich waren.
Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung archäischer und proterozoischer Sedimentgesteine weisen auf zwei unterschiedliche Mechanismen zur Kontrolle der Meerwasserzusammensetzung zwischen den beiden präkambrischen Äonen hin. Während des Archäismus wurde die Meerwasserzusammensetzung hauptsächlich durch das Pumpen von Wasser durch die basaltische ozeanische Kruste beeinflusst, wie sie heute in ozeanischen Ausbreitungszentren auftritt. Im Gegensatz dazu war während des Proterozoikums der Flussabfluss von stabilen Kontinentalrändern der entscheidende Faktor, der sich erstmals vor 2,5 Milliarden Jahren entwickelte. Die heutigen Ozeane halten ihren Salzgehalt durch ein Gleichgewicht zwischen Salzen, die durch Süßwasserabflüsse von den Kontinenten geliefert werden, und der Ablagerung von Mineralien aus Meerwasser aufrecht.
Klimabedingungen
Ein Hauptfaktor, der das Klima während des Präkambriums kontrollierte, war die tektonische Anordnung der Kontinente. In Zeiten der Bildung von Superkontinenten (vor 2,5 bis 2,1 bis 1,8 Milliarden und vor 1,0 bis 900 Millionen Jahren) war die Gesamtzahl der Vulkane begrenzt. Es gab nur wenige Inselbögen (lange, gekrümmte Inselketten, die mit intensiver vulkanischer und seismischer Aktivität verbunden sind), und die Gesamtlänge der ozeanischen Ausbreitungskämme war relativ kurz. Dieser relative Mangel an Vulkanen führte zu geringen Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO 2). Dies trug zu niedrigen Oberflächentemperaturen und ausgedehnten Vereisungen bei. Im Gegensatz dazu gab es zu Zeiten des Auseinanderbrechens des Kontinents, die zu maximalen Ausbreitungs- und Subduktionsraten des Meeresbodens führten (vor 2,3 bis 1,8 Milliarden, 1,7 bis 1,2 Milliarden und vor 800 bis 500 Millionen Jahren), hohe CO 2 -Emissionen von zahlreichen Vulkanen in ozeanischen Graten und Inselbögen. Der atmosphärische Treibhauseffekt wurde verstärkt, wodurch die Erdoberfläche erwärmt wurde und keine Vereisung auftrat. Diese letzteren Bedingungen galten auch für das Archäische Zeitalter vor der Bildung von Kontinenten.
Temperatur und Niederschlag
Die Entdeckung von 3,85 Milliarden Jahre alten marinen Sedimenten und Kissenlavas in Grönland weist auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser hin und impliziert eine Oberflächentemperatur von über 0 ° C zu Beginn der präkambrischen Zeit. Das Vorhandensein von 3,5 Milliarden Jahre alten Stromatolithen in Australien deutet auf eine Oberflächentemperatur von etwa 7 ° C (45 ° F) hin. Extreme Gewächshausbedingungen im Archean, die durch erhöhte atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen aufgrund intensiven Vulkanismus (Ausfluss von Lava aus U-Boot-Rissen) verursacht wurden, hielten die Oberflächentemperaturen hoch genug für die Entwicklung des Lebens. Sie wirkten der verringerten Sonnenhelligkeit (Rate der Gesamtenergie, die von der Sonne abgegeben wird) entgegen, die zwischen 70 und 80 Prozent des Barwerts lag. Ohne diese extremen Gewächshausbedingungen wäre kein flüssiges Wasser auf der Erdoberfläche aufgetreten.
Im Gegensatz dazu ist es sehr schwierig, direkte Hinweise auf Niederschläge in der geologischen Aufzeichnung zu finden. Einige gut belegte Beweise wurden durch gut erhaltene Regengruben in 1,8 Milliarden Jahre alten Gesteinen im Südwesten Grönlands erbracht.
