المناخ القديم
تطور الغلاف الجوي والمحيطات
خلال الفترة الطويلة من زمن ما قبل العصر الكمبري ، تغيرت الظروف المناخية للأرض بشكل كبير. يمكن رؤية دليل على ذلك في السجل الرسوبي ، الذي يوثق التغيرات الملحوظة في تكوين الغلاف الجوي والمحيطات بمرور الوقت.
أكسجة الغلاف الجوي
من المؤكد أن الأرض امتلكت جوًا مختزلًا قبل 2.5 مليار سنة. أنتج إشعاع الشمس مركبات عضوية من اختزال الغازات - الميثان (CH 4) والأمونيا (NH 3). معادن اليورانيوم (UO 2) والبيريت (FeS 2)) تتلف بسهولة في جو مؤكسد ؛ يتم التأكيد على جو مختزل من الحبوب غير المؤكسدة من هذه المعادن في رواسب عمرها 3.0 مليار سنة. ومع ذلك ، فإن وجود أنواع عديدة من الحفريات الدقيقة الخيطية التي يرجع تاريخها إلى 3.45 مليار سنة مضت في كرز منطقة بيلبارا يشير إلى أن عملية التمثيل الضوئي قد بدأت في إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي بحلول ذلك الوقت. إن وجود جزيئات أحفورية في جدران الخلايا من الطحالب الخضراء المزرقة البالغة 2.5 مليار عام (البكتيريا الزرقاء) يثبت وجود كائنات نادرة تنتج الأكسجين بحلول تلك الفترة.
احتوت محيطات Archean Eon (قبل 4.0 إلى 2.5 مليار سنة) على الكثير من الحديد الحديدية المشتقة من البراكين (Fe 2+) ، والتي تم ترسيبها على هيئة الهيماتيت (Fe 2 O 3) في BIFs. تم توفير الأكسجين الذي يجمع الحديد الحديدي كمنتج نفايات لعملية التمثيل الغذائي للبكتيريا الزرقاء. أدى انفجار كبير في ترسب BIFs من 3.1 مليار إلى 2.5 مليار سنة مضت - بلغ ذروته قبل حوالي 2.7 مليار سنة - إلى تطهير المحيطات من الحديد الحديدية. وقد مكّن ذلك مستوى الأكسجين الجوي من الارتفاع بشكل ملحوظ. بحلول وقت ظهور حقيقيات النوى على نطاق واسع قبل 1.8 مليار سنة ، كان تركيز الأكسجين قد ارتفع إلى 10 في المائة من مستوى الغلاف الجوي الحالي (PAL). كانت هذه التركيزات العالية نسبياً كافية لحدوث العوامل الجوية المؤكسدة ، كما يتضح من التربة الأحفورية الغنية بالدم (باليوسول) والأسرة الحمراء (الأحجار الرملية مع حبيبات الكوارتز المغلفة بالهيماتيت). وبلغت الذروة الرئيسية الثانية ، التي رفعت مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي إلى 50 في المائة بال ، قبل 600 مليون سنة. دلت عليه أول ظهور للحياة الحيوانية (metazoans) تتطلب الأكسجين الكافي لإنتاج الكولاجين والتشكيل اللاحق للهياكل العظمية. علاوة على ذلك ، في طبقة الستراتوسفير خلال فترة ما قبل الكمبري ، بدأ الأكسجين الحر في تكوين طبقة من الأوزون (O 3) ، والتي تعمل حاليًا كدرع وقائي ضد أشعة الشمس فوق البنفسجية.
تنمية المحيطات
حدث أصل محيطات الأرض في وقت أبكر من أصل أقدم الصخور الرسوبية. تحتوي الرواسب التي يبلغ عمرها 3.85 مليار عام في إيسوا بغرب غرينلاند على BIFs التي تم ترسيبها في الماء. تتداخل هذه الرواسب ، التي تشمل حبيبات الزركون المتداعية المهجورة التي تشير إلى نقل المياه ، مع الحمم البازلتية ذات الوسائد التي تتكون عندما تنبثق الحمم تحت الماء. يشير استقرار الماء السائل (أي وجوده المستمر على الأرض) إلى أن درجات حرارة مياه البحر السطحية كانت مماثلة لدرجات الحرارة الحالية.
تشير الاختلافات في التركيب الكيميائي للصخور الرسوبية Archean و Proterozoic إلى آليتين مختلفتين للتحكم في تكوين مياه البحر بين دهرتي ما قبل العصر الكمبري. خلال القوس ، تأثر تكوين مياه البحر في المقام الأول بضخ المياه من خلال قشرة المحيطات البازلتية ، كما يحدث اليوم في مراكز الانتشار المحيطية. على النقيض من ذلك ، خلال بروتيروزويك ، كان العامل المسيطر هو تصريف النهر من هوامش قارية مستقرة ، والتي تطورت لأول مرة بعد 2.5 مليار سنة. تحافظ المحيطات الحالية على مستويات الملوحة بها من خلال التوازن بين الأملاح التي تنتجها جريان المياه العذبة من القارات وترسب المعادن من مياه البحر.
الظروف المناخية
كان الترتيب التكتوني للقارات عاملاً رئيسياً يسيطر على المناخ خلال فترة ما قبل العصر الكمبري. في أوقات تكوين قارة عظمى (عند 2.5 مليار ، من 2.1 إلى 1.8 مليار ، ومن 1.0 مليار إلى 900 مليون سنة) ، كان العدد الإجمالي للبراكين محدودًا ؛ كان هناك عدد قليل من أقواس الجزر (سلاسل الجزر الطويلة والمنحنية المرتبطة بالنشاط البركاني والزلزالي المكثف) ، وكان الطول الإجمالي لسلسلة التلال المحيطية قصيرة نسبيًا. أدى هذا النقص النسبي في البراكين إلى انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من غازات الدفيئة (CO 2). وقد ساهم ذلك في انخفاض درجات الحرارة السطحية والتجلد الواسع. في المقابل، في بعض الأحيان من التكسر القاري، مما أدى إلى المعدلات القصوى من قاع البحر نشر والاندساس (في 2،3-1800000000، 1،7-1200000000، وقبل 800-500000000 عاما)، كان هناك ارتفاع الانبعاثات من ثاني أكسيد الكربون 2 من العديد من البراكين في التلال المحيطية وأقواس الجزيرة. تم تعزيز تأثير الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي ، وتسخين سطح الأرض ، وغياب الجليد. تنطبق هذه الشروط الأخيرة أيضًا على Archean Eon قبل تكوين القارات.
درجة الحرارة وهطول الأمطار
يشير اكتشاف الرواسب البحرية التي يبلغ عمرها 3.85 مليار سنة والحمم وسادة في غرينلاند إلى وجود مياه سائلة ويعني درجة حرارة سطح أعلى من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) خلال الجزء المبكر من زمن ما قبل العصر الكمبري. يشير وجود ستراتوماتوليتس عمرها 3.5 مليار عام في أستراليا إلى درجة حرارة سطح تبلغ حوالي 7 درجات مئوية (45 درجة فهرنهايت). أبقت الظروف المسببة للاحتباس الحراري الشديدة في الأركيان بسبب ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من البراكين الشديدة (انصباب الحمم من الشقوق البحرية) على درجات حرارة سطح عالية بما يكفي لتطور الحياة. لقد قاوموا انخفاض لمعان الطاقة الشمسية (معدل إجمالي إنتاج الطاقة من الشمس) ، والتي تراوحت بين 70 إلى 80 في المائة من القيمة الحالية. بدون هذه الظروف المسببة للاحتباس الحراري القاسية ، لما حدثت المياه السائلة على سطح الأرض.
في المقابل ، من الصعب للغاية العثور على أدلة مباشرة على هطول الأمطار في السجل الجيولوجي. تم تقديم بعض الأدلة المحدودة من خلال حفر المطر المحفوظة جيدًا في الصخور التي يبلغ عمرها 1.8 مليار عام في جنوب غرب غرينلاند.
