Pruhovaná tvorba železa - Banded iron formation

Pruhovaná formace železa

Sedimentární hornina
Pruhovaná formace železa, národní park Karijini , západní Austrálie
Složení
Hlavní	oxidy železa , čert
Sekundární	jiný

2,1 miliardy let stará skála ze Severní Ameriky ukazující tvorbu páskovaného železa, vystavená v Drážďanech , Sasko , Německo

Pruhované železné útvary (také známé jako pruhované útvary z železných kamenů nebo BIF ) jsou výrazné jednotky sedimentární horniny skládající se ze střídajících se vrstev oxidů železa a rohoviny chudé na železo . Mohou mít tloušťku až několik set metrů a mohou se příčně rozprostírat několik set kilometrů. Téměř všechny tyto útvary jsou z prekambrického věku a předpokládá se, že zaznamenávají okysličení oceánů Země . Některé z nejstarších skalních útvarů Země, které vznikly asi před 3 700  miliony let ( Ma ), jsou spojeny s pásovými železnými útvary.

Páskovaná železná ruda se předpokládá, že vznikly v mořské vodě jako výsledek kyslíku produkce o fotosyntetické sinic . Kyslík v kombinaci s rozpuštěným železem v zemských oceánech vytvořil nerozpustné oxidy železa, které se vysrážely a vytvořily tenkou vrstvu na dně oceánu. Každý pás je podobný varve , vyplývající z cyklických změn v produkci kyslíku.

Pásové železné útvary byly poprvé objeveny v severním Michiganu v roce 1844. Pásové železné útvary představují více než 60% světových zásob železa a poskytují většinu v současnosti těžené železné rudy . Většinu formací najdete v Austrálii, Brazílii, Kanadě, Indii, Rusku, Jižní Africe, na Ukrajině a ve Spojených státech.

Popis

Pásová formace železa z pásu Barberton Greenstone , Jižní Afrika

Typický pruhovaný útvar železa se skládá z opakujících se tenkých vrstev (o tloušťce několika milimetrů až několika centimetrů) stříbrných až černých oxidů železa , buď magnetitu (Fe ₃ O ₄ ) nebo hematitu (Fe ₂ O ₃ ), střídajících se s pásy rohovec chudý na železo , často červené barvy, podobné tloušťky. Jediný pruhovaný železný útvar může mít tloušťku až několik stovek metrů a příčně se rozprostírat několik set kilometrů.

Pásová tvorba železa je přesněji definována jako chemicky vysrážená sedimentární hornina obsahující více než 15% železa . Většina BIF má však vyšší obsah železa, obvykle kolem 30% hmotnostních, takže zhruba polovinu horniny tvoří oxidy železa a druhou polovinu oxid křemičitý. Železo v BIF je rozděleno zhruba rovnoměrně mezi více oxidovanou železnatou formu Fe (III) a redukovanější železnatou formu Fe (II), takže poměr Fe (III)/Fe (II+III) se obvykle liší od 0,3 až 0,6. To naznačuje převahu magnetitu, ve kterém je poměr 0,67, nad hematitem, jehož poměr je 1. Kromě oxidů železa (hematit a magnetit) může železný sediment obsahovat siderit a ankerit bohatý na uhličitany , nebo na železo bohaté silikáty, minnesotait a greenalit . Většina BIF je chemicky jednoduchá, obsahuje málo oxidů železa, ale oxid křemičitý a malý uhličitan, i když některé obsahují významné množství vápníku a hořčíku, až 9% a 6,7% jako oxidů.

Když se používá v jednotném čísle, termín tvorba pruhovaného železa se týká právě popsané sedimentární litologie. Množné číslo, pruhované železné útvary, se neformálně používá k označení stratigrafických jednotek, které se skládají především z tvorby pruhovaného železa.

Dobře zachovaný pruhovaný železný útvar se obvykle skládá z několika metrů silných makrobandů, které jsou odděleny tenkými břidlicovými loži. Makrobandy jsou zase složeny z charakteristických střídajících se vrstev oxidů certu a železa, nazývaných mezopásma , které jsou silné několik milimetrů až několika centimetrů. Mnoho z rohovce mesobands obsahují microbands oxidů železa, které jsou menší než jeden milimetr tlusté, zatímco železné mesobands jsou poměrně nevýrazný. BIF bývají extrémně tvrdé, houževnaté a husté, díky čemuž jsou vysoce odolné vůči erozi, a vykazují jemné detaily stratifikace na velké vzdálenosti, což naznačuje, že byly uloženy ve velmi nízkoenergetickém prostředí; to znamená v relativně hluboké vodě, nerušené pohybem vln nebo proudy. BIF jen zřídka zasahují do jiných typů hornin, mají tendenci tvořit ostře ohraničené diskrétní jednotky, které se nikdy laterálně nevrhají do jiných typů hornin.

Detail vzorku pruhovaného železa z Horního Michiganu

Pruhované železné formace oblasti Velkých jezer a formace Frere v západní Austrálii mají poněkud odlišný charakter a někdy jsou popisovány jako granulované železné formace nebo GIF . Jejich železité sedimenty jsou zrnitého až oolitického charakteru, vytvářejí diskrétní zrna o průměru asi milimetr a ve svých rohových mezobandech postrádají mikrobandění. Vykazují také více nepravidelné mezobandování s náznaky zvlnění a jiných sedimentárních struktur a jejich mezobandy nelze vysledovat na žádnou velkou vzdálenost. Ačkoli tvoří dobře definované, diskrétní jednotky, obvykle jsou mezi nimi vloženy hrubé až středně zrnité epiklastické sedimenty (sedimenty vzniklé zvětráváním horniny). Tyto vlastnosti naznačují prostředí s vyšší depozicí energie v mělčí vodě narušené pohyby vln. Jinak však připomínají jiné pásové železné útvary.

Tenká část novoproterozoických pásových formací železa z Austrálie

Převážná většina pásových železných útvarů je archeanského nebo paleoproterozoického věku. Malý počet BIF je však neoproterozoického stáří a je často, ne -li univerzálně, spojen s ledovcovými ložisky, často obsahujícími ledovcové dropstones . Mají také tendenci vykazovat vyšší úroveň oxidace, přičemž hematit převažuje nad magnetitem a obvykle obsahují malé množství fosfátu, přibližně 1% hmotnostní. Mezobanding je často špatný až neexistující a deformační struktury měkkého sedimentu jsou běžné. To naznačuje velmi rychlé ukládání. Nicméně, stejně jako zrnité železné útvary Velkých jezer, jsou neoproterozoické výskyty široce popisovány jako pruhované železné útvary.

Pruhované železné útvary se liší od většiny fanerozoických kamenů . Železné kameny jsou poměrně vzácné a předpokládá se, že byly uloženy při mořských anoxických událostech , při nichž se depoziční pánev vyčerpala ve volném kyslíku . Skládají se ze silikátů železa a oxidů bez znatelného chertu, ale s významným obsahem fosforu , který v BIF chybí.

Žádné klasifikační schéma pro pásové železné formace nezískalo úplné přijetí. V roce 1954 Harold Lloyd James obhajoval klasifikaci založenou na čtyřech litologických faších (oxid, uhličitan, křemičitan a sulfid), o nichž se předpokládá, že představují různé hloubky depozice, ale tento spekulativní model neobstál. V roce 1980 Gordon A. Gross prosazoval dvojí rozdělení BIF na typ Algoma a typ Lake Superior, založený na charakteru depoziční pánve. Algoma BIF se nacházejí v relativně malých pánvích ve spojení s greywacky a jinými vulkanickými horninami a předpokládá se, že jsou spojeny se sopečnými centry. Lake Superior BIF se nacházejí ve větších pánvích ve spojení s černými břidlicemi, křemence a dolomity , s relativně malými tufy nebo jinými vulkanickými horninami a předpokládá se, že se vytvořily na kontinentálním šelfu . Tato klasifikace byla široce přijímána, ale neschopnost ocenit, že je striktně založena na charakteristikách depoziční pánve a nikoli na litologii samotného BIF, vedla ke zmatku a někteří geologové se zasazovali o její opuštění. Klasifikace do typů Algoma versus Lake Superior se však nadále používá.

Výskyt

Hojnost tvorby páskovaného železa v geologickém záznamu. Barva označuje dominantní typ. Světle žlutá = starší archeanské útvary; tmavě žlutá = větší gondwanské útvary; hnědá = zrnité železné útvary; červená = Sněhové koule Země formace. Převzato z Trendall 2002.

Umístění výskytů. Barva označuje dominantní typ. Světle žlutá = starší archeanské útvary; tmavě žlutá = větší gondwanské útvary; hnědá = zrnité železné útvary; červená = Sněhové koule Země formace.

Páskovaná železná ruda jsou téměř výhradně Prekambrium věkem, se většina vklady datovat se pozdní Archean (2800-2500 MA) se sekundárním vrcholem depozice Orosirian období v Paleoproterozoic (1850 mA). Menší částky byly uloženy v raném archeanu a v neoproterozoiku (750 ma). Nejmladší známá pásová formace železa je raná kambrická formace v západní Číně. Protože procesy, kterými se vytvářejí BIF, se zdají být omezeny na raný geologický čas a mohou odrážet jedinečné podmínky prekambrického světa, byly geology intenzivně studovány.

Pásové železné útvary se nacházejí po celém světě, v každém kontinentálním štítu každého kontinentu. Nejstarší BIF jsou spojeny s greenstone pásy a zahrnují BIF Isua Greenstone Belt , nejstarší známé, které mají odhadovaný věk 3700 až 3800 Ma. Tyto Temagami páskované železa usazeniny vytvořené v průběhu 50 milionů let, od 2736 do 2687 Ma a dosáhl tloušťku 60 m (200 stop). Další příklady raných archeanských BIF se nacházejí v greenstoneských pásech Abitibi , greenstoneových pásech kráterů Yilgarn a Pilbara , baltském štítu a kráterech Amazonie , severní Číny a jižní a západní Afriky.

Nejrozsáhlejší pásové železné útvary patří k tomu, co AF Trendall nazývá Great Gondwana BIF. Jedná se o pozdní Archean ve věku a nejsou spojeny s greenstone pásy. Jsou relativně nedeformované a tvoří rozsáhlé topografické plošiny, jako je Hamersley Range . Pásové železné útvary zde byly uloženy od 2470 do 2450 Ma a jsou nejsilnější a nejrozsáhlejší na světě, s maximální tloušťkou přesahující 900 metrů (3000 stop). Podobné BIFs se nacházejí v Carajas souvrství amazonského craton je Caue Itabirite na São Francisco craton se Kuruman Iron formace a Penge Iron Formation of Jižní Africe, a Mulaingiri Formation of India .

Paleoproterozoické pruhované železné útvary se nacházejí v Iron Range a dalších částech Canadian Shield . Iron Range je skupina čtyř hlavních ložisek: Mesabi Range , Vermilion Range , Gunflint Range a Cuyuna Range . Všechny jsou součástí skupiny Animikie a byly uloženy mezi 2 500 a 1 800 ma. Tyto BIF jsou převážně granulované formace železa.

Mezi neoproterozoické pásové železné útvary patří Urucum v Brazílii, Rapitan na Yukonu a Damarský pás v jižní Africe. Jsou relativně omezené velikosti, s horizontálním rozsahem ne více než několik desítek kilometrů a tloušťkou ne více než asi 10 metrů (33 stop). Všeobecně se předpokládá, že byly uloženy za neobvyklých anoxických oceánských podmínek spojených se „ Zemí sněhové koule “.

Původy

Popelník vytesaný z měkké formy páskovaného železného kamene ze superskupiny Barbeton v Jižní Africe. Červené vrstvy byly položeny, když archaské fotosyntetizující sinice produkovaly kyslík, který reagoval s rozpuštěnými sloučeninami železa ve vodě za vzniku nerozpustného oxidu železa (rzi). Bílé vrstvy jsou usazeniny, které se usadily, když ve vodě nebyl kyslík, nebo když byl dočasně vyčerpán rozpuštěný Fe ²⁺ .

Tvorba páskovaného železa poskytla jedny z prvních důkazů pro načasování Velké okysličovací události , 2400 Ma. Preston Cloud svým článkem z roku 1968 o rané atmosféře a oceánech Země vytvořil obecný rámec, který byl široce, ne -li všeobecně, přijímán pro pochopení ukládání BIF.

Cloud předpokládal, že pruhované útvary železa jsou důsledkem anoxických vod bohatých na železo z hlubokého oceánu, které se dostávají do fototické zóny obývané sinicemi, která vyvinula schopnost provádět fotosyntézu produkující kyslík, ale která dosud nevyvinula enzymy ( jako je superoxiddismutáza ) pro život v okysličeném prostředí. Takové organismy by byly chráněny před vlastním kyslíkovým odpadem jeho rychlým odstraněním přes rezervoár redukovaného železného železa Fe (II) v raném oceánu. Kyslík uvolněný fotosyntézou oxidoval Fe (II) na železité železo Fe (III), které se vysráželo z mořské vody ve formě nerozpustných oxidů železa, které se usadily na dně oceánu.

Cloud navrhl, že pruhování je důsledkem výkyvů v populaci sinic v důsledku poškození volnými radikály kyslíkem. To také vysvětlovalo relativně omezený rozsah raných archeanských ložisek. Velký vrchol depozice BIF na konci Archeanu byl považován za výsledek vývoje mechanismů pro život s kyslíkem. To skončilo samo-otravou a vyvolalo populační explozi v sinicích, která rychle vyčerpala zbývající zásoby redukovaného železa a ukončila většinu depozice BIF. V atmosféře se pak začal hromadit kyslík.

Některé detaily původního modelu Cloudu byly opuštěny. Vylepšené datování prekambrických vrstev například ukázalo, že pozdní archeanský vrchol depozice BIF byl rozložen na desítky milionů let, a nikoli ve velmi krátkém časovém intervalu po vývoji mechanismů zvládání kyslíku. Jeho obecné koncepty však nadále utvářejí myšlení o původu pásových železných útvarů. Klíčovým prvkem většiny teorií depozice zůstává zejména koncepce vzestupu hluboké oceánské vody bohaté na redukované železo do okysličené povrchové vrstvy chudé na železo.

Těch několik formací uložených po 1 800  Ma může poukazovat na občasné nízké hladiny volného atmosférického kyslíku, zatímco malý vrchol před 750  miliony let může být spojen s hypotetickou sněhovou koulí Země.

Procesy formování

Mikropásma uvnitř vrstev rohovce jsou nejpravděpodobněji variáty produkované ročními výkyvy v produkci kyslíku. Denní mikrobandování by vyžadovalo velmi vysokou rychlost ukládání 2 metry za rok nebo 5 km/Ma. Odhady rychlosti depozice založené na různých modelech depozice a citlivých odhadech iontové mikroprobe s vysokým rozlišením (SHRIMP) stáří přidružených tufových lůžek naznačují rychlost depozice v typických BIF 19 až 270 m/Ma, které jsou konzistentní buď s ročními varvy nebo rytmy vytvářené přílivovými cykly.

Cloud navrhl, aby mezobanding byl důsledkem otravy samými ranými sinicemi, protože zásoby redukovaného železa byly pravidelně vyčerpávány. Mezobanding byl také interpretován jako sekundární struktura, která není přítomna v sedimentech, jak byla původně stanovena, ale vznikla při zhutňování sedimentů. Další teorie je, že mezipásma jsou primární struktury vyplývající z pulzů aktivity podél středooceánských hřebenů, které mění dostupnost redukovaného železa v časových měřítcích desítek let. V případě granulovaných železa útvarů se mesobands jsou připisovány třídit sedimentů v mělké vodě, ve které akce vlny tendenci oddělit částice různé velikosti a složení.

Aby bylo možné ukládat pásové železné formace, musí být splněno několik předpokladů.

1. Depoziční nádrž musí obsahovat vody, které jsou železité (bohaté na železo ).
2. To znamená, že jsou také anoxické, protože železné železo oxiduje na železité železo během několika hodin nebo dnů v přítomnosti rozpuštěného kyslíku. To by zabránilo transportu velkého množství železa z jeho zdrojů do depoziční pánve.
3. Vody nesmí být euxinické (bohaté na sirovodík ), protože by to způsobilo vysrážení železného železa jako pyritu .
4. V depoziční pánvi musí být aktivní oxidační mechanismus, který stabilně přeměňuje zásobník železného železa na železité železo.

Zdroj redukovaného železa

Hydrotermální průduchy byly jedním důležitým zdrojem redukovaného železa, které bylo později oxidováno za vzniku pásových železných útvarů.

Musí existovat dostatečný zdroj redukovaného železa, které může volně cirkulovat do depoziční nádrže. Mezi věrohodné zdroje železa patří hydrotermální průduchy podél hřebenů středních oceánů, navátý prach, řeky, ledovcový led a prosakování z kontinentálních okrajů.

Význam různých zdrojů redukovaného železa se pravděpodobně v geologickém čase dramaticky změnil. To se odráží v rozdělení BIF na vklady typu Algoma a Lake Superior. BIF typu Algoma se tvořily především v archeanu. Tyto starší BIF vykazují pozitivní anomálii europia v souladu s hydrotermálním zdrojem železa. Naproti tomu pásové železné útvary typu Lake Superior se primárně vytvářely během paleoproterozoické éry a postrádaly europiové anomálie starších BIF typu Algoma, což naznačuje mnohem větší přísun železa zvětralého z kontinentů.

Absence kyslíku nebo sirovodíku

Absenci sirovodíku v anoxické oceánské vodě lze vysvětlit buď sníženým tokem síry do hlubokého oceánu, nebo nedostatkem redukce disimilačního síranu (DSR), což je proces, při kterém mikroorganismy používají místo kyslíku k dýchání síran. Produktem DSR je sirovodík, který snadno vysráží železo z roztoku jako pyrit.

Požadavek anoxického, ale ne euxinického, hlubokého oceánu na depozici tvorby páskovaného železa naznačuje dva modely, které vysvětlují konec depozice BIF před 1,8 miliardami let. Model „Holandského oceánu“ navrhuje, aby se hluboký oceán v té době dostatečně okysličil, aby byl ukončen transport redukovaného železa. Heinrich Holland tvrdí, že absence usazenin manganu během pauzy mezi paleoproterozoickými a neoproterozoickými BIF je důkazem, že se hluboký oceán alespoň mírně okysličil. Model „Canfield ocean“ navrhuje, aby se naopak hluboký oceán stal euxinickým a transport redukovaného železa byl blokován srážením jako pyrit.

Pásové železné útvary v severní Minnesotě jsou překryty silnou vrstvou ejecta z nárazu Sudbury Basin . Asteroid (odhaduje na 10 km napříč) ovlivněny do vody asi 1000 m před hluboké 1849000000rok, splývající s pauzou v BIF depozice. Počítačové modely naznačují, že náraz by v místě dopadu vyvolal tsunami o výšce alespoň 1 000 metrů a výšce 100 metrů asi 3 000 kilometrů daleko. Bylo navrženo, že obrovské vlny a velké podmořské sesuvy půdy vyvolané nárazem způsobily smíchání dříve stratifikovaného oceánu, okysličily hluboký oceán a krátce po dopadu ukončily ukládání BIF.

Oxidace

Přestože Cloud tvrdil, že mikrobiální aktivita je klíčovým procesem při ukládání tvorby páskovaného železa, o roli kyslíkové versus anoxygenní fotosyntézy se nadále diskutuje a byly také navrženy nebiogenní procesy.

Kyslíková fotosyntéza

Druh Cyanobacteria Cylindrospermum sp. pod zvětšením

Cloudova původní hypotéza byla, že železné železo bylo oxidováno přímočarým způsobem molekulárním kyslíkem přítomným ve vodě:

4 Fe ²⁺ + O
2 + 10 h
2O → 4 Fe (OH)
3 + 8 h+

Kyslík pochází z fotosyntetických aktivit sinic. Oxidaci železného železa mohly urychlit aerobní bakterie oxidující železo, které mohou za podmínek nízkého kyslíku zvýšit rychlost oxidace až 50krát.

Anoxygenní fotosyntéza

Hořet v Skotsko s bakteriemi železa oxidační.

Kyslíková fotosyntéza není jediným biogenním mechanismem pro ukládání páskovaných formací železa. Někteří geochemici navrhli, že by se pásové formace železa mohly vytvářet přímou oxidací železa mikrobiální anoxygenními fototrofy . Koncentrace fosforu a stopových kovů v BIF jsou v souladu se srážením působením bakterií oxidujících železo.

Poměry izotopů železa v nejstarších pásových formacích železa (3700-3800 Ma), v Isua, Grónsko, lze nejlépe vysvětlit za předpokladu extrémně nízkých hladin kyslíku (<0,001% moderních hladin O ₂ ve fotonické zóně) a anoxygenní fotosyntetické oxidace Fe (II):

4 Fe ²⁺ + 11 H
2O + CO
2 + hv → CH
2O + 4 Fe (OH)
3 + 8 h+

To vyžaduje, aby disimilační redukce železa, biologický proces, při kterém mikroorganismy nahrazují kyslík při dýchání Fe (III), nebyla dosud rozšířená. Naproti tomu pásové formace železa typu Lake Superior vykazují poměry izotopů železa, které naznačují, že během tohoto období se značně rozšířila disimilační redukce železa.

Alternativní cestou je oxidace anaerobními denitrifikačními bakteriemi . To vyžaduje, aby byla aktivní také fixace dusíku mikroorganismy.

10 Fe ²⁺ + 2 Č-
3 + 24 hod
2O → 10 Fe (OH)
3 + N.
2 + 18 h+

Abiogenní mechanismy

Nedostatek organického uhlíku při tvorbě páskovaného železa argumentuje proti mikrobiální kontrole ukládání BIF. Na druhé straně existují fosilní důkazy pro hojné fotosyntetizující sinice na začátku depozice BIF a uhlovodíkové markery v břidlicích v pásmové tvorbě železa pilbarského cratonu. Uhlík, který je přítomen v páskovaných formacích železa, je obohacen o světelný izotop ¹² C, což je indikátor biologického původu. Pokud by podstatná část původních oxidů železa byla ve formě hematitu, pak by veškerý uhlík v sedimentech mohl být oxidován dekarbonizační reakcí:

6 Fe
2Ó
3 + C ⇌ 4 Fe
3Ó
4 + CO
2

Trendall a JG Blockley navrhli, ale později odmítli, hypotézu, že tvorba pruhovaného železa může být zvláštním druhem prekambrického vaporitu . Další navrhované Abiogenic procesy zahrnují radiolýzy ze strany radioaktivní izotop z draslíku , ⁴⁰ K, nebo roční obrat vodní nádrží v kombinaci s upwelling voda bohatá na železo v stratifikované oceánu.

Dalším abiogenním mechanismem je fotooxidace železa slunečním zářením. Laboratorní experimenty naznačují, že by to mohlo produkovat dostatečně vysokou rychlost depozice za pravděpodobných podmínek pH a slunečního světla. Pokud však železo pocházelo z mělkého hydrotermálního zdroje, jiné laboratorní experimenty naznačují, že srážení železného železa jako uhličitanů nebo křemičitanů by mohlo vážně soutěžit s fotooxidací.

Diageneze

Bez ohledu na přesný mechanismus oxidace oxidace železitého na železité železo pravděpodobně způsobila vysrážení železa jako gel hydroxidu železitého . Podobně se křemičitá složka pásových železných útvarů pravděpodobně vysráží jako hydratovaný silikagel. Přeměna hydroxidu železa a silikagelů na tvorbu páskovaného železa je příkladem diageneze , přeměny sedimentů na pevnou horninu.

Existují důkazy, že pruhované železné útvary vytvořené ze sedimentů s téměř stejným chemickým složením, jaké se dnes nacházejí v BIF. BIF Hamersley Range vykazují velkou chemickou homogenitu a boční uniformitu, bez náznaku nějaké prekurzorové horniny, která by mohla být změněna na současné složení. To naznačuje, že kromě dehydratace a dekarbonizace původních gelů hydroxidu železitého a oxidu křemičitého diageneze pravděpodobně ponechala kompozici nezměněnou a spočívala v krystalizaci původních gelů. Dekarbonizace může vysvětlovat nedostatek uhlíku a převahu magnetitu ve starších páskovaných formacích železa. Relativně vysoký obsah hematitu v neoproterozoických BIF naznačuje, že byly ukládány velmi rychle a procesem, který neprodukoval velké množství biomasy, takže bylo přítomno malé množství uhlíku, které redukovalo hematit na magnetit.

Je však možné, že BIF byl změněn z karbonátové horniny nebo z hydrotermálního bahna v pozdních fázích diageneze. Studie z roku 2018 nenašla žádný důkaz, že magnetit v BIF vzniká dekarbonizací, a naznačuje, že vznikl tepelným rozkladem sideritu reakcí

3 FeCO
3 + H
2O → Fe
3Ó
4 + 3 CO
2 + H
2

Železo se původně vysráželo jako greenalit a jiné křemičitany železa. Macrobanding je pak interpretován jako produkt zhutnění původního silikátového bahna. To vytvořilo pásy bohaté na siderit, které sloužily jako cesty pro tok tekutin a tvorbu magnetitu.

Velká oxidační událost

Nahromadění kyslíku (O ₂ ) v zemské atmosféře . Červené a zelené čáry představují rozsah odhadů, zatímco čas je měřen před miliardami let (Ga).
Pásová tvorba depozice železa vrcholí na začátku etapy 2 a na začátku etapy 3 se zastaví.

Pík depozice páskovaných železných útvarů v pozdním Archeanu a konec depozice v Orosirianu byly interpretovány jako markery Velké okysličovací události. Před 2,45 miliardami let vysoký stupeň hmotnostně nezávislé frakcionace síry (MIF-S) naznačuje atmosféru extrémně chudou na kyslík. Vrchol depozice tvorby pruhovaného železa se shoduje se zmizením signálu MIF-S, který je interpretován jako trvalý výskyt kyslíku v atmosféře před 2,41 až 2,35 miliardami let. To bylo doprovázeno vývojem stratifikovaného oceánu s hlubokou anoxickou vrstvou a mělkou oxidovanou vrstvou. Konec depozice BIF před 1,85 miliardami let je přičítán oxidaci hlubokého oceánu.

Hypotéza Země sněhové koule

Neoarchean pruhovaná formace železa ze severovýchodní Minnesoty

Do roku 1992 se předpokládalo, že vzácná, později (mladší) pásová ložiska železa představují neobvyklé podmínky, kdy byl kyslík místně vyčerpán. Vody bohaté na železo by se pak vytvořily izolovaně a následně by přišly do styku s okysličenou vodou. Hypotéza Země sněhové koule poskytla alternativní vysvětlení pro tato mladší ložiska. Ve stavu Země sněhové koule byly kontinenty a možná i moře v nízkých zeměpisných šířkách vystaveny těžké době ledové kolem 750 až 580 Ma, která téměř nebo úplně vyčerpala volný kyslík. Rozpuštěné železo se pak nahromadilo v oceánech chudých na kyslík (pravděpodobně z hydrotermálních průduchů mořského dna). Po rozmrazení Země se moře znovu okysličila, což způsobilo vysrážení železa. Pruhované železné útvary tohoto období jsou převážně spojeny se sturtianským zaledněním .

Alternativní mechanismus pro pásové formace železa v éře Snowball Earth naznačuje, že železo bylo ukládáno ze solanky bohaté na kovy v blízkosti hydrotermálně aktivních trhlinových zón v důsledku ledově poháněného tepelného převrácení. Omezený rozsah těchto BIF ve srovnání s přidruženými ledovcovými ložisky, jejich asociace se sopečnými útvary a variace v tloušťce a facii tuto hypotézu podporují. Takový způsob formování nevyžaduje globální anoxický oceán, ale je v souladu buď s modelem Snowball Earth nebo Slushball Earth .

Ekonomická geologie

Železný důl Hull-Rust-Mahoning v železné střelnici

Pásové železné útvary poskytují většinu v současnosti těžené železné rudy . Více než 60% světových zásob železa je ve formě tvorby páskovaného železa, z nichž většinu lze nalézt v Austrálii, Brazílii, Kanadě, Indii, Rusku, Jižní Africe, na Ukrajině a ve Spojených státech.

Různé těžební obvody razily svá vlastní jména pro BIF. Termín „páskovaný formace železo“ byl vytvořen v železných okresech Lake Superior , kde rudy ložiska Mesabi, Marquette , Cuyuna, Gogebic a Menominee železa rozsahy byly také různě známý jako „Jasper“, „jaspilite“, „železo -nosná formace “nebo taconit . Pásové železné útvary byly v Brazílii popsány jako „itabarit“, v Jižní Africe jako „železný kámen“ a v Indii jako „BHQ“ (pruhovaný hematitový křemenec).

Pruhovaná tvorba železa byla poprvé objevena v severním Michiganu v roce 1844 a těžba těchto ložisek vyvolala nejranější studie BIF, jako jsou Charles R. Van Hise a Charles Kenneth Leith . Těžba železa v oblasti Mesabi a Cuyuna se vyvinula do obrovských otevřených důlních dolů , kde parní lopaty a další průmyslové stroje mohly odstranit obrovské množství rudy. Zpočátku doly těžily velká ložiska hematitu a goethitu zvětralých z pásových železných útvarů a do roku 1980 bylo vytěženo asi 2,5 miliardy tun této „přírodní rudy“. V roce 1956 začala v Petru rozsáhlá komerční výroba ze samotného BIF Důl Mitchell poblíž Babbitt, Minnesota . Produkce v Minnesotě činila v roce 2016 40 milionů tun rudného koncentrátu ročně, což je asi 75% celkové produkce v USA. Magnetitem bohatá pásová formace železa, místně známá jako taconit, se rozemele na prášek a magnetit se oddělí silnými magnety a peletizuje pro přepravu a tavení.

Důl Tom Price, Hamersley Range , Austrálie

Železná ruda se stala světovým zbožím po druhé světové válce a po skončení embarga na vývoz železné rudy z Austrálie v roce 1960 se Hamersleyská oblast stala hlavní těžební oblastí. Pásové železné útvary jsou zde nejtlustší a nejrozsáhlejší na světě, původně se rozkládaly na ploše 150 000 kilometrů čtverečních (58 000 čtverečních mil) a obsahovaly asi 300 bilionů tun železa. Sortiment obsahuje 80 procent všech identifikovaných zásob železné rudy v Austrálii. Více než 100 milionů tun železné rudy je každoročně vytěženo.

Itabaritské pásové železné útvary v Brazílii pokrývají nejméně 80 000 kilometrů čtverečních (31 000 čtverečních mil) a jsou silné až 600 metrů (2 000 stop). Ty tvoří Quadrilatero Ferrifero nebo Iron Quadrangle , který připomíná doly Iron Range ve Spojených státech tím, že oblíbenou rudou je hematit zvětralý mimo BIF. Výroba ze železného čtyřúhelníku pomáhá udělat z Brazílie druhého největšího producenta železné rudy po Austrálii s měsíčním vývozem v průměru 139 299 metrických tun od prosince 2007 do května 2018.

Qidashan otevřený litinový rudný důl, jedna ze tří velkých jam obklopujících město Anshan

Těžba rudy z pásových železných formací v Anshanu na severu Číny začala v roce 1918. Když Japonsko v roce 1931 obsadilo severovýchodní Čínu, tyto mlýny se proměnily v japonský monopol a město se během druhé světové války stalo významným strategickým průmyslovým centrem. Celková produkce zpracovaného železa v Mandžusku dosáhla v letech 1931–32 1 000 000 metrických tun. Do roku 1942 dosáhla celková výrobní kapacita Anshan's Shōwa Steel Works 3600000 metrických tun ročně, což z ní činí jedno z hlavních center železa a oceli na světě. Výroba byla vážně narušena během sovětské okupace Mandžuska v roce 1945 a následné čínské občanské válce . V letech 1948 až 2001 však ocelárna vyrobila 290 milionů tun oceli, 284 milionů tun surového železa a 192 milionů tun válcované oceli . Roční výrobní kapacita v roce 2006 je 10 milionů tun surového železa, 10 milionů tun oceli a 9,5 milionu tun válcované oceli. Čtvrtina celkových čínských zásob železné rudy, asi 10 miliard tun, se nachází v Anshanu.

Viz také

•  Sedimentární horniny bohaté na železo-sedimentární horniny obsahující 15% hmotn. Nebo více železa
• Stromatolit  - vrstvené sedimentární struktury vytvořené růstem bakterií nebo řas
• Taconit  -sedimentární hornina nesoucí železo, ve které jsou minerály železa proloženy křemenem, rohovcem nebo uhličitanem

Reference

Další čtení

externí odkazy

• Média související s formováním páskovaného železa na Wikimedia Commons
• Formace páskovaného železa v Encyclopædia Britannica
• „Jaspilite“  . Americká encyklopedie . 1920.