Le Paléoprotérozoïque est la première ère de l'éon protérozoïque. Elle a suivi l'éon archéen et a duré de 2500 à 1600 millions d'années (mya).
Au Paléoprotérozoïque, les cyanobactéries produisaient énormément de stromatolites. Les premiers organismes eucaryotes unicellulaires sont également apparus dans les fossiles.
Le premier supercontinent a grandi, et certaines des roches étaient des roches sédimentaires normales, non métamorphisées.
La Terre n'étant que deux fois plus vieille que maintenant, il y avait quelques différences fondamentales par rapport à aujourd'hui. La chaleur à l'intérieur de la Terre était plus importante qu'aujourd'hui. Cela était principalement dû à la plus grande abondance d'isotopes radioactifs, qui se désintègrent avec le temps.
Les températures à la surface étaient également plus élevées, en raison du rayonnement provenant de l'intérieur de la Terre et d'une atmosphère à effet de serre à base de méthane et de dioxyde de carbone. Pendant l'éon précédent, l'Archéen, les océans étaient chauds (55-85 °C). Cette situation n'était que partiellement compensée par le fait que le rayonnement du Soleil était alors plus faible.
Les preuves paléontologiques sur l'histoire de la rotation de la Terre suggèrent qu'il y a environ 1,8 milliard d'années, il y avait environ 450 jours par an, ce qui implique des journées de 20 heures. Plus loin, le jour de la Terre avait environ 17 heures, et il y avait 514±33 jours par an. La distance Terre-Lune pour le Paléoprotérozoïque le plus ancien était de 51,9±3,3 rayons terrestres (contre 60,27 actuellement).
Un supercontinent mondial (appelé Columbia, ou Nena) a existé de 1,8 à 1,5 milliard d'années environ, au Paléoprotérozoïque.
Au cours de cette période, les changements climatiques ont été aussi graves que ceux de l'histoire de la Terre. D'une température globale élevée au début, il y a eu trois périodes glaciaires massives, avec de la glace jusque dans les tropiques.
Il y a des indications claires que l'époque a vu une baisse du méthane atmosphérique :
"L'effondrement du méthane de l'atmosphère archéenne, autrefois très élevée, joue probablement un rôle important, non seulement dans l'histoire de l'oxygénation, mais aussi dans l'apparition des glaciations du Paléoprotérozoïque. Les données indiquent qu'il y a 2,4 à 2,3 milliards d'années, la Terre a connu un "grand événement d'oxydation", au cours duquel l'environnement de surface de la Terre a subi des changements profonds et irréversibles".
L'oxygène était produit par les cyanobactéries, mais il était surtout utilisé par les puits chimiques. Il s'agissait du soufre et du fer non oxydés. Jusqu'à il y a environ 2,3 milliards d'années, l'oxygène ne représentait probablement que 1 à 2 % de son niveau actuel. p323
Les formations de fer en bandes, qui fournissent la plus grande partie du minerai de fer du monde, ont été formées par l'oxygène formant des composés avec le fer ; la plupart des accumulations ont cessé après 1,9 milliard d'années. Les couches rouges, colorées par l'hématite, indiquent une augmentation de l'oxygène atmosphérique après 2 milliards d'années ; on ne les trouve pas dans les roches plus anciennes. p324
Il y a eu trois grandes périodes glaciaires, avec de la glace jusque dans les tropiques. Sans aucun doute, elles se sont produites en raison de la réduction des gaz à effet de serre dans l'atmosphère et de l'augmentation de la production d'oxygène.
Il y a ce que les chercheurs appellent "un intervalle déroutant de ~1 400 millions d'années sans glaciation vérifiée entre les glaciations du Paléoprotérozoïque précoce à 2400-2200 mya en Amérique du Nord, en Afrique du Sud, en Scandinavie et en Australie et les glaciations du Néoprotérozoïque qui ont touché tous les continents à 800-600 mya".
Il y a eu des impacts majeurs de bolides durant l'ère, dont deux ont causé les plus grands cratères d'impact sur Terre. Il y en a également trois plus petits (d'un diamètre égal ou supérieur à 30 kilomètres) dans le fuseau horaire d'il y a 3,0 à 1,2 milliard d'années.
L'origine de la cellule eucaryote a été un jalon dans l'évolution de la vie, puisqu'elle comprend toutes les cellules complexes et presque tous les organismes multicellulaires. La chronologie de cette série d'événements est difficile à déterminer ; Knoll suggère qu'ils se sont développés il y a environ 1,6 à 2,1 milliards d'années. Certains acritarchs sont connus depuis au moins 1650 millions d'années, et l'algue possible Grypania a été trouvée il y a déjà 2100 millions d'années.
