Палеогеография. Ранний протерозой характеризуется снижением давления воздуха с 7-9 бар до 1,12 бар, изъятием из него основной массы углерода

Ранний протерозой характеризуется снижением давления воздуха с 7-9 бар до 1,12 бар, изъятием из него основной массы углерода, что привело к снижению температур у поверхности Земли и исчезновению парникового эффекта, и как следствие появление климатической зональности. Очень важным событием на рубеже архея и протерозоя было разделение биоса на растительное и животное царства, и быстрое, лавинообразное развитие фитопланктона, в массовом количестве генерирующего кислород. Это в корне изменило процессы осадконакопления, в которых важнейшим фактором стал биогенный, обусловивший продуцирование растениями кислорода, который связывался в углеродистые соединения и карбонаты и уходил в стратисферу. На рубеже архей-протерозой появилась климатическая зональность.

Рельеф. Предполагается, что он был более расчлененным по сравнению с таковым в архее. Однако типичных мощных континентальных моласс, характерных для рифея и фанерозоя и свидетельствующих о значительном размахе рельефа, в раннепротерозойских разрезах, как полагает академик А.Л. Яншин, нет. Обломочные породы рассматриваемого этапа имеют обычно морской генезис и сравнительно небольшую мощность. Вероятно, из-за пластичности и разогретости земной коры, она не могла выдерживать мощные горные сооружения, столь характерные для фанерозоя.

Гидросфера. Для протерозоя Балтийского щита, КМА, Украинского щита, Австралии отложения характеризуются чрезвычайной мелководностью. Морские бассейны заключены были между участками суши и напоминали моря-озера, в т.ч. и при образовании черносланцевых толщ. Широко были распространены обширные мелководные бассейны. Те же джеспелиты, по мнению некоторых авторов, являющиеся типичными океаническими образованиями, по разрезу и на небольших расстояниях по латерали переходят в мелководные терригенные отложения, как на КМА, являясь относительно глубоководной фацией шельфа.

В связи с появлением свободного кислорода, способного окислять S и H₂S, возник сульфатный анион, и и анионный состав гидросферы становится существенно иной – хлоридно-карбонатно-сульфатной. Но вместе с тем, поскольку кислород расходовался на окисление недоокисленных газов, то железо оставалось в подвижной двухвалентной форме. Это создавало условия для накопления железистых кварцитов, масштабы которого резко сокращаются во второй половине раннего протерозоя, поскольку увеличение количества О₂ приводило к переводу железа из подвижной двухвалентной формы в неподвижную трехвалентную. Поэтому джеспелиты к концу раннего протерозоя практически исчезают из разрезов.

С появлением сульфатного иона и нарастанием его количеств стало возможным формирование гипсов и ангидритов. Другим заметным процессом этого времени был продолжающийся перевод в стратисферу СО₂. Это стало возможным в связи с развитием органического мира, использующим углекислоту для создания углеродистых соединений и карбонатных соединений. Основная масса углерода, переведенного в стратисферу, в это время сосредоточена в карбонатах и черносланцевых формациях.

Атмосферу в протерозое Н.М.Страхов [32] отнес к переходному типу. В ней преобладает азот, в подчиненных, но нарастающих содержаниях появляется кислород, сохраняются заметные количества углекислоты и уменьшающиеся аммиака и метана. По составу эта атмосфера может быть отнесена к углекисло-кислородно-азотной. Начиная с раннего протерозоя, в разрезах начинают встречаться тиллиты – индикаторы ледниковых условий. Покровным оледенением в интервале 2,5-2,4 млрд лет были охвачены многие щиты того времени. Средние температуры протерозоя колебались от +8 до +11, в то время как в мезозое они составляли около 18°, а ныне – 15.

Нарастание фитомассы определило повышение содержаний кислорода, а отсюда уменьшение подвижности железа. Следствием этого является исчезновение к рифею железистых кварцитов и появление красноцветных формаций. Одновременно продолжалось изъятие СО₂. Это фиксируется резким в истории Земли приростом глобального обилия и разнообразия строматолитов, а также положительной крупнейшей изотопной аномалией углерода d до +12 + 15% РОВ. В процессе развития органической жизни в значительных объемах наряду с накоплением в атмосфере этого элемента происходило его изъятие из неё. Если на рубеже архея и протерозоя она была преимущественно углекисло-азотной, то к концу карелия она стала углекисло-кислородно-азотной.

Климаты. Характер климата определяется составом и плотностью атмосферы, тектоническими событиями, определяющими соотношение суши и моря, типом рельефа, интенсивностью вулканизма, с которым связано поступление газов в атмосферу, состоянием биоты, обеспечивающей круговорот, поступление и изъятие газов из атмосферы. На температуру влияет также значение солнечной постоянной поступления энергии и альбедо (отражательная способность). Давно была известна логнормальная зависимость средних температур атмосферы от содержания СО₂. При уменьшении или увеличении её содержания (сейчас 0,03%) вдвое средняя температура изменяется на 3°С. Следовательно, этот газ создает парниковый эффект, поскольку он, в основном, концентрируется в тропосфере, пропускает солнечные лучи и задерживает тепловую энергию. Подобным свойством обладают пары воды и метан.

Круговорот газов, во многом определяющий климаты прошлого, возник в начале протерозоя по схеме вулканизм – атмосфера – гидросфера – карбонатное и углеродное осадконакопление – метаморфизм – вулканизм. Усиление эндогенных процессов фиксируется на рубежах 2,1-2,9 и 1,7-1,6 млрд. лет назад. На это время приходится ранне- и позднекарельские эпохи тектономагматической активности. Повышенное выделение газов в атмосферу, особенно СО₂, вело к повышению температур, когда они могли достигать 50⁰С в тропических и субтропических областях. О благоприятных гумидных условиях свидетельствует накопление джеспелитов, строматолитовых и онколитовых карбонатных пород. Свидетельством засушливости и высокого уровня солёности в отдельные эпохи служат включения каменной соли и гипса в породах надсерии Гурон, гипсов в мраморах надсерии Грейт-Слейв и метаэвапоритов, медистых песчаников и алевролитов удоканской серии.

Считается, что в самом начале протерозоя в приполярных частях, а также приподнятых областях, какими предполагаются щиты, появились отрицательные температуры, а, следовательно, тиллиты. В умеренном климате формировались аркозы и граувакки. Все перечисленные типы пород имеются в разрезах раннего протерозоя, однако выделить климатические зоны по площади пока мешает большая длительность рассматриваемого этапа, отсутствие надёжных корреляционных стратиграфических схем и дробного расчленения раннего протерозоя хотя бы на уровне систем по аналогии с фанерозоем.

Осадконакопление уже в начале раннего протерозоя было довольно разнообразным. В складчатых поясах преобладали осадочно-вулканогенные толщи, тогда как на протоплатформах были развиты преимущественно осадочные образования. Индикаторной формацией для рассматриваемого времени является железисто-кремнистая с содержаниями железа от долей до 40%, а джеспилиты встречаются в разрезах всех докембрийских кратонов. Терригенные породы характерны для начальных и конечных этапов тектоно-седиментационных циклов, представлены как континентальными, так и морскими разностями. К первым относятся грубообломочные плохо сортированные конгломераты, гравелиты, аркозы, метапесчаники, иногда с примесью пирокластического материала и кислыми вулканитами. Часто породы окрашены в красные цвета, свидетельствующие о присутствии трёхвалентного железа, а значит о наличии свободного кислорода. Значительным развитием пользуются тиллиты и тиллоиды, свидетельствующие о появлении материкового оледенений.

Среди терригенных морских образований распространены преимущественно мелководно- и прибрежно-морские отложения, преимущественно шельфовые, обломочные и глинистые. Нередко отмечаются граувакки и пласты эффузивов основного состава. Снизу вверх по нижнепротерозойскому разрезу нарастает количество карбонатов, среди которых преобладают доломиты, легче по сравнению с кальцитом выпадавшие в осадок при сравнительно высоком содержании углекислоты в атмосфере. Многие карбонатные породы содержат строматолиты и катаграфии.