Geokronologi Precambrian

Paleoklimat

Evolusi atmosfera dan lautan

Dalam jangka masa panjang Precambrian, keadaan iklim Bumi berubah dengan ketara. Bukti ini dapat dilihat dalam catatan sedimen, yang mendokumentasikan perubahan yang ketara dalam komposisi atmosfera dan lautan dari masa ke masa.

Pengoksigenan atmosfera

Bumi hampir pasti mempunyai atmosfer yang berkurang sebelum 2.5 bilion tahun yang lalu. Sinaran Matahari menghasilkan sebatian organik daripada mengurangkan gas — metana (CH ₄) dan amonia (NH ₃). Mineral uraninit (UO ₂) dan pirit (FeS ₂₎mudah hancur dalam suasana pengoksidaan; pengesahan suasana pengurangan disediakan oleh biji-bijian mineral yang tidak teroksidasi dalam sedimen berusia 3.0-bilion tahun. Walau bagaimanapun, kehadiran banyak jenis mikrofosil filamen bertarikh 3.45 bilion tahun yang lalu di bahagian wilayah Pilbara menunjukkan bahawa fotosintesis telah mula melepaskan oksigen ke atmosfer pada masa itu. Kehadiran molekul fosil di dinding sel alga biru-hijau (cyanobacteria) berusia 2,5 bilion tahun membuktikan kewujudan organisma penghasil oksigen yang jarang berlaku pada masa itu.

Oceans of the Archean Eon (4,0 hingga 2,5 miliar tahun yang lalu) mengandung banyak besi ferus yang berasal dari gunung berapi (Fe ²⁺), yang disimpan sebagai hematit (Fe ₂ O ₃) dalam BIF. Oksigen yang menggabungkan besi besi disediakan sebagai produk sisa metabolisme cyanobacterial. Ledakan besar dalam pemendapan BIF dari 3,1 miliar hingga 2,5 miliar tahun yang lalu - memuncak sekitar 2,7 miliar tahun yang lalu - membersihkan lautan besi besi. Ini membolehkan tahap oksigen atmosfera meningkat dengan ketara. Pada saat munculnya eukariota yang meluas pada 1,8 miliar tahun yang lalu, kepekatan oksigen telah meningkat hingga 10 persen dari tahap atmosfera (PAL) sekarang. Kepekatan yang agak tinggi ini mencukupi untuk pelapukan oksidatif, seperti yang dibuktikan oleh tanah fosil kaya hematit (paleosol) dan tempat tidur merah (batu pasir dengan butir kuarza berlapis hematit). Puncak utama kedua, yang menaikkan tahap oksigen atmosfera menjadi 50 peratus PAL, telah dicapai oleh 600 juta tahun yang lalu. Ini dilambangkan oleh penampilan pertama kehidupan binatang (metazoans) yang memerlukan oksigen yang mencukupi untuk penghasilan kolagen dan pembentukan kerangka berikutnya. Selanjutnya, dalam stratosfera selama Precambrian, oksigen bebas mula membentuk lapisan ozon (O ₃), yang saat ini bertindak sebagai pelindung pelindung terhadap sinar ultraviolet Matahari.

Perkembangan lautan

Asal lautan Bumi berlaku lebih awal daripada batuan sedimen tertua. Sedimen berusia 3,85 miliar tahun di Isua di Greenland barat mengandungi BIF yang tersimpan di dalam air. Sedimen ini, yang meliputi butiran zirkon detrital yang terurai yang menunjukkan pengangkutan air, disatukan dengan lavas basaltik dengan struktur bantal yang terbentuk ketika lavas diekstrusi di bawah air. Kestabilan air cair (yaitu, kehadirannya yang berterusan di Bumi) menunjukkan bahawa suhu air laut permukaan adalah serupa dengan suhu sekarang.

Perbezaan komposisi kimia batuan sedimen Archean dan Proterozoik menunjukkan dua mekanisme yang berbeza untuk mengawal komposisi air laut di antara kedua-dua ribuan Precambrian. Semasa zaman Arkean, komposisi air laut terutama dipengaruhi oleh pengepaman air melalui kerak lautan basal, seperti yang berlaku hari ini di pusat penyebaran lautan. Sebaliknya, semasa Proterozoik, faktor pengawalan adalah pembuangan sungai dari margin benua yang stabil, yang pertama kali berkembang setelah 2.5 bilion tahun lalu. Lautan masa kini mengekalkan tahap kemasinannya dengan keseimbangan antara garam yang dikeluarkan oleh aliran air tawar dari benua dan pemendapan mineral dari air laut.

Keadaan iklim

Faktor utama yang mengawal iklim semasa Precambrian adalah susunan tektonik benua. Pada masa pembentukan benua super (pada 2.5 bilion, 2.1 hingga 1.8 bilion, dan 1.0 bilion hingga 900 juta tahun yang lalu), jumlah gunung berapi adalah terhad; terdapat beberapa busur pulau (rantai pulau panjang yang melengkung yang berkaitan dengan aktiviti gunung berapi dan gempa yang kuat), dan panjang keseluruhan lembah penyebaran lautan agak pendek. Kekurangan relatif gunung berapi ini mengakibatkan pelepasan rendah karbon dioksida gas rumah hijau (CO ₂). Ini menyumbang kepada suhu permukaan yang rendah dan glasiasi yang luas. Sebaliknya, pada masa pemecahan benua, yang menyebabkan kadar penyebaran dan pengurangan dasar laut maksimum (pada 2,3 hingga 1,8 miliar, 1,7 hingga 1,2 miliar, dan 800 hingga 500 juta tahun yang lalu), terdapat pelepasan CO _{2 yang tinggi} dari banyak gunung berapi di rabung lautan dan busur pulau. Kesan rumah hijau atmosfera ditingkatkan, menghangatkan permukaan Bumi, dan glasiasi tidak ada. Syarat-syarat terakhir ini juga berlaku untuk Archean Eon sebelum pembentukan benua.

Suhu dan hujan

Penemuan sedimen laut dan lavas bantal berusia 3,85 miliar tahun di Greenland menunjukkan adanya air cair dan menyiratkan suhu permukaan di atas 0 ° C (32 ° F) pada bahagian awal waktu Precambrian. Kehadiran stromatolit berusia 3,5 bilion tahun di Australia menunjukkan suhu permukaan sekitar 7 ° C (45 ° F). Keadaan rumah hijau yang melampau di Archean disebabkan oleh peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfera dari gunung berapi yang kuat (efusi lava dari celah dasar laut) menjadikan suhu permukaan cukup tinggi untuk evolusi kehidupan. Mereka mengatasi penurunan cahaya luminositi (kadar jumlah output tenaga dari Matahari), yang berkisar antara 70 hingga 80 peratus dari nilai sekarang. Tanpa keadaan rumah hijau yang melampau ini, air cair tidak akan berlaku di permukaan Bumi.

Sebaliknya, bukti langsung hujan dalam catatan geologi sangat sukar ditemui. Beberapa bukti terhad telah disediakan oleh lubang hujan yang terpelihara dengan baik di batuan berusia 1.8-bilion tahun di Greenland barat daya.