Paléoclimat
Evolution de l'atmosphère et de l'océan
Au cours de la longue période du Précambrien, les conditions climatiques de la Terre ont considérablement changé. Des preuves de cela peuvent être vues dans les archives sédimentaires, qui documentent des changements appréciables dans la composition de l'atmosphère et des océans au fil du temps.
Oxygénation de l'atmosphère
La Terre possédait presque certainement une atmosphère réductrice avant il y a 2,5 milliards d'années. Le rayonnement solaire a produit des composés organiques à partir de gaz réducteurs: le méthane (CH 4) et l'ammoniac (NH 3). Les minéraux uraninite (UO 2) et pyrite (FeS 2) sont facilement détruits dans une atmosphère oxydante; la confirmation d'une atmosphère réductrice est fournie par les grains non oxydés de ces minéraux dans des sédiments vieux de 3,0 milliards d'années. Cependant, la présence de nombreux types de microfossiles filamenteux datés d'il y a 3,45 milliards d'années dans les cherts de la région de Pilbara suggère que la photosynthèse avait commencé à libérer de l'oxygène dans l'atmosphère à cette époque. La présence de molécules fossiles dans les parois cellulaires des algues bleu-vert (cyanobactéries) vieilles de 2,5 milliards d'années établit l'existence d'organismes producteurs d'oxygène rares à cette période.
Les océans de l'Aron archéen (il y a 4,0 à 2,5 milliards d'années) contenaient beaucoup de fer ferreux dérivé volcanique (Fe 2+), qui a été déposé sous forme d'hématite (Fe 2 O 3) dans les BIF. L'oxygène qui a combiné le fer ferreux a été fourni comme déchet du métabolisme cyanobactérien. Une explosion importante des dépôts de BIF d'il y a 3,1 milliards à 2,5 milliards d'années - culminant à environ 2,7 milliards d'années - a nettoyé les océans de fer ferreux. Cela a permis au niveau d'oxygène atmosphérique d'augmenter sensiblement. Au moment de l'apparition généralisée des eucaryotes il y a 1,8 milliard d'années, la concentration d'oxygène avait atteint 10% du niveau atmosphérique actuel (PAL). Ces concentrations relativement élevées étaient suffisantes pour que l'altération oxydative se produise, comme en témoignent les sols fossiles riches en hématite (paléosols) et les lits rouges (grès à grains de quartz recouverts d'hématite). Un deuxième pic majeur, qui a élevé les niveaux d'oxygène atmosphérique à 50% de PAL, a été atteint il y a 600 millions d'années. Il a été marqué par la première apparition de la vie animale (métazoaires) nécessitant suffisamment d'oxygène pour la production de collagène et la formation ultérieure de squelettes. De plus, dans la stratosphère du Précambrien, l'oxygène libre a commencé à former une couche d'ozone (O 3), qui agit actuellement comme un bouclier protecteur contre les rayons ultraviolets du soleil.
Développement de l'océan
L'origine des océans de la Terre est antérieure à celle des roches sédimentaires les plus anciennes. Les sédiments vieux de 3,85 milliards d'années à Isua, dans l'ouest du Groenland, contiennent des BIF qui se sont déposés dans l'eau. Ces sédiments, qui comprennent des grains de zircon détritique abrasés qui indiquent le transport de l'eau, sont interstratifiés avec des laves basaltiques avec des structures d'oreiller qui se forment lorsque les laves sont extrudées sous l'eau. La stabilité de l'eau liquide (c'est-à-dire sa présence continue sur Terre) implique que les températures de l'eau de mer de surface étaient similaires à celles d'aujourd'hui.
Les différences dans la composition chimique des roches sédimentaires archéennes et protérozoïques indiquent deux mécanismes différents pour contrôler la composition de l'eau de mer entre les deux éons précambriens. Au cours de l'Archéen, la composition de l'eau de mer était principalement influencée par le pompage de l'eau à travers la croûte océanique basaltique, comme cela se produit aujourd'hui dans les centres d'épandage océanique. En revanche, au cours du Protérozoïque, le facteur déterminant était le débit fluvial des marges continentales stables, qui s'est développé pour la première fois il y a 2,5 milliards d'années. Les océans actuels maintiennent leurs niveaux de salinité par un équilibre entre les sels apportés par le ruissellement d'eau douce des continents et le dépôt de minéraux de l'eau de mer.
Conditions climatiques
Un facteur majeur contrôlant le climat pendant le Précambrien était l'arrangement tectonique des continents. En période de formation de supercontinents (2,5 milliards, 2,1 à 1,8 milliards et 1,0 milliard à 900 millions d'années), le nombre total de volcans était limité; il y avait peu d'arcs insulaires (longues chaînes insulaires incurvées associées à une intense activité volcanique et sismique), et la longueur globale des crêtes océaniques étalées était relativement courte. Cette relative pénurie de volcans a entraîné de faibles émissions de dioxyde de carbone (CO 2), un gaz à effet de serre. Cela a contribué à de basses températures de surface et à d'importantes glaciations. En revanche, en période de débâcle continentale, qui a entraîné des taux maximaux de propagation et de subduction du fond marin (de 2,3 à 1,8 milliards, de 1,7 à 1,2 milliard et de 800 à 500 millions d'années), les émissions de CO 2 de nombreux volcans étaient élevées. dans les crêtes océaniques et les arcs insulaires. L'effet de serre atmosphérique s'est accru, réchauffant la surface de la Terre et la glaciation était absente. Ces dernières conditions s'appliquaient également à l'Eon archéen avant la formation des continents.
Température et précipitations
La découverte de sédiments marins et de laves en coussins vieux de 3,85 milliards d'années au Groenland indique l'existence d'eau liquide et implique une température de surface supérieure à 0 ° C (32 ° F) au début du Précambrien. La présence de stromatolites vieilles de 3,5 milliards d'années en Australie suggère une température de surface d'environ 7 ° C (45 ° F). Des conditions de serre extrêmes dans l'Archéen causées par des niveaux atmosphériques élevés de dioxyde de carbone provenant d'un volcanisme intense (épanchement de lave provenant de fissures sous-marines) ont maintenu les températures de surface suffisamment élevées pour l'évolution de la vie. Ils ont neutralisé la luminosité solaire réduite (taux de production totale d'énergie du Soleil), qui variait de 70 à 80% de la valeur actuelle. Sans ces conditions de serre extrêmes, l'eau liquide ne se serait pas produite à la surface de la Terre.
En revanche, il est très difficile de trouver des preuves directes de précipitations dans les archives géologiques. Des preuves limitées ont été fournies par des fosses pluviales bien préservées dans des roches vieilles de 1,8 milliard d'années dans le sud-ouest du Groenland.
