Paleoproterozoik: 2,5–1,6 milijarde let, stromatoliti in prvi evkarionti
Paleoproterozoik (2,5–1,6 milijard let): rast stromatolitov, pojav prvih enoceličnih evkariontov in oblikovanje zgodnjih superkontinentov.
Paleoproterozoik je bilo prvo obdobje proterozoika. Nastopila je po arhejskem eonu in je trajala od 2500 do 1600 milijonov let nazaj (mya). To obdobje je ključno v zgodovini Zemlje zaradi velike spremembe v sestavi ozračja in površinskih razmer – poznano je predvsem po t. i. Velikem oksidacijskem dogodku, ko se je količina prostega kisika v atmosferi trajno povečala.
Biološke spremembe
V paleoproterozoiku so cianobakterije proizvajale ogromno stromatolitov, ki so vidni kot fosilizirane kolonije in naslovi številnih sedimentnih tal. Zaradi fotosinteze cianobakterij se je v oceanih in nato v atmosferi kopičil kisik, kar je imelo velike posledice za kemične cikle in življenje.
V fosilnih zapisih se pojavijo tudi prvi verjetni enocelični evkarionti — bolj kompleksne celice z načrtno ločenim jedrom in organeli. Nekateri najdbe, kot so spiralne ali listaste strukture, ki jih paleobiologi pripisujejo zgodnjim evkariontom (npr. razni ostanki, interpretirani kot predniki alg), kažejo, da se je znotrajnost celic že znatno razlikovala od preprostih bakterijskih oblik.
Geologija, podnebje in superkontinenti
V tem obdobju so se kratoni in starejše zemeljske skorje združevali v večje kopne mase. Prvi superkontinent v sodobnem pomenu se je začel oblikovati oziroma so se pojavile njegove predhodne faze — za nekatere raziskave so pomembni imeni, kot so Kenorland ali kasnejši predhodniki Nuna/Columbia, čeprav natančne podobe združevanja kopnega še niso povsem poenotene. Hkratno gibanje litosferskih plošč je povzročilo tektoniko, pogoste usedline in oblikovanje obsežnih sedimentarnih zaporedij.
Podnebje je bilo v paleoproterozoiku nestanovitno. Zlasti je pomembna Huronijska ali dolgo trajajoča ledeniška epizoda (približno 2400–2100 mya), ki je povezana s padcem ogljikovega dioksida in naraščanjem kisika. V morjih so se še vedno občasno kopičile sedimentne kamnine, pogosto manj preperne in manj metamorfozirane kot starejše arhejske razsežnosti, zato so ohranjeni sedimenti iz tega časa zelo pomembni za razumevanje zgodnje Zemlje.
Ključni dogodki in pomen obdobja
- Veliki oksidacijski dogodek: trajno povečanje kisika v atmosferi in posledične spremembe v kemiji oceanov.
- Razmah stromatolitov in fotosintetskih organizmov, ki so prestrukturirali biogeokemične cikle.
- Pojav in razširitev prvih enoceličnih evkariontov v fosilnem zapisu.
- Obdobja velikih ledeniških dogodkov (npr. Huronian), povezanih z globalnimi podnebnimi spremembami.
- Združevanje kratonov v večje kopne mase in nastanek predhodnikov kasnejših superkontinentov.
Pomen paleoproterozoika je v tem, da predstavlja prelomnico od skoraj brezkisiknega arheja k planetu s kisikom, ki omogoča nadaljnjo evolucijo kompleksnejših organizmov. Ohranjenost številnih sedimentarnih kamnin iz tega časa ter fosilni zapisi stromatolitov in zgodnjih evkariontov omogočajo vpogled v biokemično in tektonsko preobrazbo mladih kontinentov in biosfere.
Paleoproterozojski stromatolit iz Bolivije, Južna Amerika
Osnovne razlike v fiziki Zemlje
Ker je bila Zemlja stara le polovico manj kot danes, je bilo nekaj osnovnih razlik v primerjavi z današnjim časom. Toplota v Zemljini notranjosti je bila večja kot danes. To je bilo predvsem posledica večjega števila radioaktivnih izotopov, ki s časom razpadajo.
Temperature na površju so bile višje tudi zaradi sevanja iz Zemljine notranjosti ter toplogrednega ozračja, ki temelji na metanu in ogljikovem dioksidu. V prejšnjem eonu, arheju, so bili oceani topli (55-85 °C). To je bilo le delno izravnano z dejstvom, da je bilo takrat Sončevo sevanje manjše.
Paleontološki dokazi o zgodovini vrtenja Zemlje kažejo, da je bilo pred ~1,8 milijarde let v letu približno 450 dni, kar pomeni 20 urni dan. V preteklosti je imel zemeljski dan približno 17 ur, leto pa je imelo 514±33 dni. Razdalja med Zemljo in Luno v najzgodnejšem paleoproterozoiku je bila 51,9±3,3 Zemljinega polmera (v primerjavi s sedanjimi 60,27).
Superkontinent
Pred približno 1,8 do 1,5 milijarde let v paleoproterozoiku je obstajal globalni superkontinent (imenovan Kolumbija ali Nena).
Podnebje
V tem obdobju so bile podnebne spremembe tako hude kot še nikoli v zgodovini Zemlje. Od globalne visoke temperature na začetku je prišlo do treh obsežnih ledenih dob z ledom globoko v tropih.
Zmanjšanje količine metana
Obstajajo jasni znaki, da se je v tem obdobju količina metana v ozračju zmanjšala:
"Padec metana z nekdaj visokih ravni v arhejskem ozračju ima verjetno veliko vlogo, ne le pri zgodovini oksigenacije, temveč tudi pri pojavu paleoproterozojskih ledenih dob. Podatki kažejo, da je pred 2,4-2,3 milijarde let potekal 'veliki oksidacijski dogodek', med katerim se je temeljito in nepovratno spremenilo okolje na površju Zemlje."
Kopičenje kisika
Cianobakterije so proizvajale kisik, vendar so ga večinoma porabile kemične snovi. To sta bila neoksidirano žveplo in železo. Do pred približno 2,3 milijarde let je bila vsebnost kisika verjetno le 1 do 2 % sedanje. p323
Železove formacije, ki zagotavljajo večino svetovne železove rude, so nastale tako, da je kisik tvoril spojine z železom; večina akumulacije se je ustavila pred 1,9 milijarde let. Rdeče plasti, ki so obarvane s hematitom, kažejo na povečanje atmosferskega kisika po 2 milijardi let nazaj; v starejših kamninah jih ne najdemo. p324
Ledene dobe
Bile so tri velike ledene dobe, v katerih je led segal globoko v trope. Nedvomno so se zgodile zaradi zmanjšanja toplogrednih plinov v ozračju in povečanja proizvodnje kisika.
Raziskovalci pravijo, da je "med zgodnjimi paleoproterozojskimi poledenitvami v Severni Ameriki, Južni Afriki, Skandinaviji in Avstraliji (2400-2200 mio. let) in neoproterozojskimi poledenitvami, ki so prizadele vse celine (800-600 mio. let), skrivnosten interval ~1400 milijonov let brez potrjene poledenitve".
Udarci meteorita
V tem obdobju je prišlo do večjih udarov bolida, od katerih sta dva povzročila največje udarne kraterje na Zemlji. V časovnem območju pred 3,0 do 1,2 milijarde let so tudi trije manjši (premera enakega ali večjega od 30 kilometrov).
Količina kisika v Zemljinem ozračju. Zgornja rdeča in spodnja zelena črta predstavljata razpon ocen. Faze so približno naslednje: 1. faza arhejskega eona, 2. faza zgodnjega paleoproterozoika, 3. faza poznega paleoproterozoika in mezoproterozoika, 4. faza neoproterozoika in 5. faza fanerozoika
Izvor evkariontov
Nastanek evkariontske celice je bil mejnik v evoluciji življenja, saj vključuje vse kompleksne celice in skoraj vse večcelične organizme. Časovni potek tega niza dogodkov je težko določiti; Knoll domneva, da so se razvile pred približno 1,6-2,1 milijarde let. Nekateri akritarhi so znani izpred vsaj 1650 milijonov let, morebitna alga Grypania pa je bila najdena že pred 2100 milijoni let.
Iskati