Precambrian geochronologie

Paleoklimaat

Evolutie van de atmosfeer en de oceaan

In de lange loop van Precambrium veranderden de klimatologische omstandigheden van de aarde aanzienlijk. Bewijs hiervan is te zien in het sedimentair record, dat aanzienlijke veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer en de oceanen in de tijd documenteert.

Zuurstofvoorziening van de atmosfeer

De aarde bezat bijna zeker 2,5 miljard jaar geleden een reducerende atmosfeer. De straling van de zon produceerde organische verbindingen uit reducerende gassen - methaan (CH ₄) en ammoniak (NH ₃). De mineralen uraniniet (UO ₂) en pyriet (FeS ₂) worden gemakkelijk vernietigd in een oxiderende atmosfeer; bevestiging van een reducerende atmosfeer wordt geleverd door niet-geoxideerde korrels van deze mineralen in 3,0 miljard jaar oude sedimenten. De aanwezigheid van vele soorten filamenteuze microfossielen die dateren uit 3,45 miljard jaar geleden in de kerven van het Pilbara-gebied suggereert dat de fotosynthese tegen die tijd zuurstof begon af te geven aan de atmosfeer. De aanwezigheid van fossiele moleculen in de celwanden van 2,5 miljard jaar oude blauwgroene algen (cyanobacteriën) bevestigt het bestaan ​​van zeldzame zuurstofproducerende organismen tegen die periode.

Oceanen van de Archean Eon (4,0 tot 2,5 miljard jaar geleden) bevatten veel vulkanisch ijzerhoudend ijzer (Fe ²⁺), dat als hematiet (Fe ₂ O ₃) in BIF's werd afgezet. De zuurstof die het ferro-ijzer combineerde, werd geleverd als afvalproduct van het cyanobacteriële metabolisme. Een grote uitbarsting van de afzetting van BIF's van 3,1 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden - met een piek van ongeveer 2,7 miljard jaar geleden - maakte de oceanen van ferro-ijzer vrij. Hierdoor kon het atmosferische zuurstofniveau aanzienlijk stijgen. Tegen de tijd dat eukaryoten wijdverspreid waren, 1,8 miljard jaar geleden, was de zuurstofconcentratie gestegen tot 10 procent van het huidige atmosferische niveau (PAL). Deze relatief hoge concentraties waren voldoende om oxidatieve verwering te laten plaatsvinden, zoals blijkt uit hematietrijke fossiele bodems (paleosolen) en rode bedden (zandstenen met hematiet gecoate kwartskorrels). 600 miljoen jaar geleden werd een tweede grote piek bereikt, die het zuurstofgehalte in de atmosfeer tot 50 procent PAL verhoogde. Het werd aangegeven door de eerste verschijning van dierenleven (metazoanen) die voldoende zuurstof nodig hadden voor de aanmaak van collageen en de daaropvolgende vorming van skeletten. Bovendien begon in de stratosfeer tijdens het Precambrium, vrije zuurstof een ozonlaag (O ₃) te vormen, die momenteel fungeert als een beschermend schild tegen de ultraviolette stralen van de zon.

Ontwikkeling van de oceaan

De oorsprong van de oceanen op aarde vond eerder plaats dan die van de oudste sedimentaire gesteenten. De 3,85 miljard jaar oude sedimenten bij Isua in West-Groenland bevatten BIF's die in water zijn afgezet. Deze sedimenten, waaronder afgesleten detritale zirkoonkorrels die watertransport aangeven, zijn verweven met basaltachtige lava's met kussenstructuren die ontstaan ​​wanneer lava's onder water worden geëxtrudeerd. De stabiliteit van vloeibaar water (dat wil zeggen, de continue aanwezigheid op aarde) impliceert dat de oppervlaktetemperaturen van het zeewater vergelijkbaar waren met die van nu.

Verschillen in de chemische samenstelling van archaïsche en proterozoïsche sedimentaire gesteenten wijzen op twee verschillende mechanismen voor het beheersen van de zeewatersamenstelling tussen de twee precambrische eonen. Tijdens de Archean werd de samenstelling van zeewater voornamelijk beïnvloed door het pompen van water door basaltische oceanische korst, zoals tegenwoordig gebeurt in oceanische verspreidingscentra. Tijdens het Proterozoïcum daarentegen was de controlerende factor rivierafvoer uit stabiele continentale marges, die zich na 2,5 miljard jaar geleden voor het eerst ontwikkelden. De huidige oceanen behouden hun zoutgehalte door een evenwicht te vinden tussen de zouten die worden afgegeven door zoetwaterafvoer van de continenten en de afzetting van mineralen uit zeewater.

Klimaat omstandigheden

Een belangrijke factor die het klimaat tijdens het Precambrium beheerste, was de tektonische ordening van continenten. In tijden van supercontinentvorming (2,5 miljard, 2,1 tot 1,8 miljard en 1,0 miljard tot 900 miljoen jaar geleden) was het totale aantal vulkanen beperkt; er waren weinig eilandbogen (lange, gebogen eilandketens geassocieerd met intense vulkanische en seismische activiteit), en de totale lengte van oceanische verspreidingsruggen was relatief kort. Dit relatieve tekort aan vulkanen zorgde voor een lage uitstoot van het broeikasgas kooldioxide (CO ₂). Dit droeg bij aan lage oppervlaktetemperaturen en uitgebreide ijstijden. In tijden van continentaal uiteenvallen, wat leidde tot een maximale verspreiding en subductie van de zeebodem (2,3 tot 1,8 miljard, 1,7 tot 1,2 miljard en 800 tot 500 miljoen jaar geleden), was er een hoge uitstoot van CO ₂ door tal van vulkanen in oceanische ruggen en eilandbogen. Het atmosferische broeikaseffect werd versterkt, het aardoppervlak werd verwarmd en er was geen ijstijd. Deze laatste voorwaarden waren ook van toepassing op de Archean Eon voorafgaand aan de vorming van continenten.

Temperatuur en regenval

De ontdekking van 3,85 miljard jaar oude mariene sedimenten en kussenlava's in Groenland duidt op het bestaan ​​van vloeibaar water en impliceert een oppervlaktetemperatuur boven 0 ° C (32 ° F) tijdens het vroege deel van Precambrian tijd. De aanwezigheid van 3,5 miljard jaar oude stromatolieten in Australië suggereert een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 7 ° C (45 ° F). Extreme broeikasomstandigheden in de Archean veroorzaakt door verhoogde atmosferische kooldioxidegehaltes door intens vulkanisme (uitstroming van lava uit onderzeese scheuren) hielden de oppervlaktetemperaturen hoog genoeg voor de evolutie van het leven. Ze gingen de verminderde helderheid van de zon tegen (snelheid van de totale energie-output van de zon), die varieerde van 70 tot 80 procent van de huidige waarde. Zonder deze extreme kasomstandigheden zou er geen vloeibaar water op het aardoppervlak zijn ontstaan.

Direct bewijs voor regenval in het geologische record is daarentegen erg moeilijk te vinden. Er is beperkt bewijs geleverd door goed bewaard gebleven regenkuilen in 1,8 miljard jaar oude rotsen in het zuidwesten van Groenland.