Палеопротерозой: ера (2.5–1.6 млрд г.) — строматолити и първи еукариоти
Палеопротерозой (2.5–1.6 млрд г.): ера на масивни строматолити, появата на първите едноклетъчни еукариоти и формирането на ранния суперконтинент.
Палеопротерозой е първата ера от еона на протерозоя. Тя настъпва след архейската епоха и продължава от преди 2500 до 1600 милиона години (mya). Това е време на големи промени в химията на океаните и атмосферата, масово образуване на седименти и важни еволюционни стъпки към по-сложен живот.
През палеопротерозоя цианобактериите са произвеждали огромно количество строматолити, които остават едни от най-разпространените макроскопични фосили от този период. Масовото фотосинтезиране от цианобактериите довежда до значително увеличаване на свободния кислород в атмосферата — явление, известно като Голямото окисление (Great Oxidation Event). Увеличаването на кислорода предизвиква серия от геоложки и химични промени, като например широкото натрупване на бандови желязосъдържащи формации (BIF), образувани при окисление и утаяване на разтворени железни йони.
Във фосилните записи се появяват и първите едноклетъчни еукариотни организми — микроскопични клетки с вътрешни мембрани и ядрооподобни структури. Появата на еукариоти бележи начало на нова еволюционна глава, тъй като те дават възможност за по-сложни клетъчни организации, в последствие водещи към многоклетъчност и разнообразие в море и суша.
Палеопротерозойският период е съпроводен и от активни тектонски процеси. Първите идеи за съществуването на древни суперконтиненти се отнасят към тези времена: някои реконструкции предполагат формиране и събиране на големи континентални блокове (понякога наричани хипотетично Kenorland, Nuna/Columbia и други имена в различни модели). Поради сблъсъци на континентални масиви се оформят големи орогенни пояси — например транс-лабораторни сблъсъци, чийто отпечатък се вижда в древните континентални кори.
Геоложките записи от епохата показват, че някои от скалите са били относително нормални седиментни скали, а не силно метаморфозирани, което позволява съхранение на редки, но важни химически и фосилни свидетелства за условията на повърхността и в океаните. След засилване на окислението се наблюдава и промяна в седиментния дял: изчезване на детритни пирит и уранитови зърна от някои плаводни наслаги и поява на т.нар. "червени седименти" (red beds), показващи окислителни условия на сушата.
През ранния палеопротерозой Земята преживява и една от най-дългите и студени ледникови фази — Хуронска гляциализация (приблизително 2.4–2.1 млрд. г.), свързвана с промяната в нивата на парникови газове и с Голямото окисление. Това предизвиква значителни промени в екосистемите и вероятно води до масово изтребление на много анаеробни микробни групи, чувствителни към кислород.
Ключови събития в Палеопротерозоя (приблизителни дати)
- ~2.5 млрд. г. — начало на палеопротерозоя.
- ~2.4–2.0 млрд. г. — Голямото окисление; интензивно отлагане на бандови желязосъдържащи формации.
- ~2.4–2.1 млрд. г. — Хуронска гляциализация (една от най-големите ледникови фази).
- ~2.1–1.8 млрд. г. — първи убедителни следи за еукариотни клетки във фосилните записи.
- ~1.8–1.5 млрд. г. — сглобяване на големи континентални масиви и формиране на суперконтинентни конфигурации според някои реконструкции.
- ~1.6 млрд. г. — края на палеопротерозоя и преход към мезопротерозой.
Значението на палеопротерозоя е голямо: в този период се променят фундаментално условията на планетата — от химически ред до климатични цикли и тектонска организация — и се създава основата за развитието на сложен, аеробен живот и по-нататъшната еволюция на еукариотите.
Палеопротерозойски строматолит от Боливия, Южна Америка
Основни разлики във физиката на Земята
Тъй като Земята е била само наполовина по-стара от днешната, е имало някои основни разлики с нея. Топлината във вътрешността на Земята е била по-голяма, отколкото днес. Това се дължало главно на по-голямото изобилие на радиоактивни изотопи, които се разпадат с течение на времето.
Температурите на повърхността също са били по-високи поради радиацията от вътрешността на Земята, както и поради парниковата атмосфера на основата на метан и въглероден диоксид. През предишния еон, архайския, океаните са били горещи (55-85 °C). Това е било само отчасти балансирано от факта, че слънчевата радиация по това време е била по-ниска.
Палеонтологичните данни за историята на въртенето на Земята показват, че преди ~1,8 милиарда години годината е имала около 450 дни, което означава 20-часов ден. В по-стари времена земният ден е имал около 17 часа, а в годината е имало 514±33 дни. Разстоянието между Земята и Луната за най-ранния палеопротерозой е било 51,9±3,3 земни радиуса (в сравнение с 60,27 в момента).
Суперконтинент
Глобален суперконтинент (наречен Колумбия или Нена) е съществувал преди около 1,8 до 1,5 милиарда години в епохата на палеопротерозоя.
Климат
По време на епохата климатичните промени са били толкова тежки, колкото никога в историята на Земята. От глобално високата температура в началото на епохата се стига до три огромни ледникови епохи, при които ледът навлиза дълбоко в тропиците.
Спад на метана
Има ясни индикации, че през тази епоха е имало спад на метана в атмосферата:
"Сривът на метана от предишните високи нива в архайската атмосфера вероятно играе голяма роля не само за историята на оксигенацията, но и за появата на палеопротерозойските ледникови периоди. Данните сочат, че преди 2,4-2,3 милиарда години е имало "голямо събитие на окисляване", по време на което повърхностната среда на Земята се е променила дълбоко и необратимо".
Натрупването на кислород
Кислородът се произвежда от цианобактериите, но той се изразходва предимно от химическите поглътители. Това са неокислената сяра и желязото. Допреди около 2,3 милиарда години кислородът вероятно е бил само 1-2 % от сегашното си ниво. p323
Железните образувания, които осигуряват по-голямата част от желязната руда в света, са образувани от кислорода, който образува съединения с желязото; повечето натрупвания са спрели преди 1,9 милиарда години. Червените пластове, които са оцветени от хематит, показват увеличаване на атмосферния кислород след преди 2 млрд. години; те не се срещат в по-старите скали. p324
Ледникови периоди
Имало е три големи ледникови епохи, като ледът е навлязъл дълбоко в тропиците. Несъмнено те са се случили в резултат на намаляването на парниковите газове в атмосферата и увеличаването на производството на кислород.
Изследователите наричат "загадъчен интервал от ~1400 милиона години без потвърдено заледяване между ранните палеопротерозойски заледявания от 2400-2200 млн. г. в Северна Америка, Южна Африка, Скандинавия и Австралия и неопротерозойските заледявания, засегнали всички континенти от 800-600 млн. г.".
Метеоритни удари
По време на епохата е имало големи удари на болиди, два от които са причинили най-големите ударни кратери на Земята. Има и три по-малки (с диаметър равен или по-голям от 30 км) във времевия диапазон от преди 3,0 до 1,2 млрд. години.
Количеството кислород в земната атмосфера. Горната червена и долната зелена линия представляват диапазона на оценките. Етапите са приблизително следните: етап 1 Архейски еон, етап 2 Ранна палеопротерозойска епоха, етап 3 Късна палеопротерозойска епоха плюс мезопротерозойска епоха, етап 4 Неопротерозойска епоха и етап 5 Фанерозойска епоха
Произход на еукариотите
Възникването на еукариотната клетка е крайъгълен камък в еволюцията на живота, тъй като тя включва всички сложни клетки и почти всички многоклетъчни организми. Времето на тази поредица от събития е трудно да се определи; Кнол предполага, че те са се развили преди около 1,6-2,1 млрд. години. Някои акритархи са известни отпреди поне 1650 милиона години, а възможното водорасло Grypania е открито още преди 2100 милиона години.
обискирам