暗い太陽のパラドックス
数十億年前の月は現在よりもずっと地球に近い軌道を公転していた。そのため潮汐散逸による地球内部での加熱も現在よりずっと強力だったと考えられる。
パラドックスを解決する仮説の1つとして、地球の大気による温室効果が挙げられている。形成直後の地球の大気は現在よりも多くの温室効果ガスを含んでいた可能性がある。二酸化炭素の濃度は高かったと考えられ、過去の二酸化炭素分圧は最大で 1,000 kPa であったと推定されている。これは、過去の地球では二酸化炭素を有機炭素と酸素に変換する細菌型光合成が無かったからである。酸素と反応して二酸化炭素と水蒸気を生成する強力な温室効果ガスであるメタンもかつては多く存在した可能性があり、体積混合比は 10 (100 ppm) だったと予想される。
2009年に東京工業大学の上野雄一郎らの研究者グループは地質学的な硫黄同位体の研究に基づき、太古代の大気には硫化カルボニルが含まれていたという仮説を提示した。硫化カルボニルは効率的な温室効果ガスであり、これによる温室効果の増大を考慮に入れると、地球の凍結を回避することが出来ると推定された。
2013年には、30億から35億年前の熱水水晶中に包含された液体中での窒素とアルゴンの同位体解析を元にした研究が行われた。この研究では、古代の地球大気では二窒素は大気の熱収支に関して大きな役割は持っておらず、太古代の地球大気における二酸化炭素の分圧はおそらく0.7バールよりは低かったことが示唆された。過去の窒素の存在量は、二酸化炭素の温室効果を増幅して惑星を充分に温暖に保つには少な過ぎるということが示されている。
少数意見としては、イスラエル系アメリカ人物理学者の Nir Shaviv によって提唱されている、太陽風が気候に及ぼす影響に基づいた仮説がある。これは、デンマーク人物理学者のヘンリク・スベンスマルクが提唱した仮説であるスベンスマルク効果を考慮に入れたものである。この説によると、過去の太陽は現在よりも強い太陽風を放出しており、これによって地球大気への宇宙線の侵入を防ぎ、その結果として地球は温暖に保たれていたとされる。そのため初期段階では現在の地球と同程度の穏やかな温室効果によって地球が凍りつくのを充分に防ぐことが出来たとされる。
なおかつての太陽が現在よりも活発であったという証拠は、この説の提唱以前に隕石中に発見されている。
24億年前周辺での地球の温度の極小期は、銀河系内での星形成率の変動に起因する宇宙線の流束の変化に伴っている。初期に強かったと思われる太陽活動が減衰することによって地球に降り注ぐ宇宙線の流束に大きな影響がもたらされ、これが気候変動を関係しているという仮説が提唱されている。
なお、地球に降り注ぐ宇宙線量が地球の雲の生成量に影響を与えて気候変動の一因となっているというスベンスマルク効果は、それ自体がまだ仮説の段階であり、近年の研究では雲量と宇宙線量の間には見られないか、あるいは影響があってもごく小さいという報告もされている。