条状铁层

条状铁层是一种含铁的海相沉积岩，主要沉积于前寒武纪，因含金属层而具有特征性的层状结构。 在垂直于层理的剖面上，以铁矿物为主的层层呈带状结构。

条状铁层起源于太古宙（距今3800至25亿年）和元古代（距今2500至18亿年）。 由于海底火山活动而释放到海中的铁以及可能由于各种原因进入地球自由风化循环的铁在此之前仍以二价离子的形式溶解在海水中。 与今天不同的是，它并没有立即被海洋和大气中的游离氧（O2、分子氧）氧化成三价铁，而是以难溶于水的化合物的形式排出（沉淀）出来。 三价铁不是因为海水和大气中缺乏O2而形成的，而是亚铁不断积累，直到它通过各种过程结合并以薄层收集在海底。 大约 38 亿年前，氧气光养微生物（可能是当今蓝藻的祖先）发展了一种光合作用形式，其中 O2 作为废物形成（所谓的含氧光合作用）。 从那时起，二价铁被氧化成三价铁，并以氢氧化物和氧化物的形式析出，呈层状沉积。 这个过程消耗了微生物大量产生的氧气。 这个过程在几亿年的时间内循环进行，其中微生物形成的游离氧总是完全被存在的溶解铁的氧化所束缚。 铁沉淀循环过程的原因尚不清楚。 通过成岩作用从矿床形成带状铁矿石。

只有当二价铁被耗尽并且条状铁层的形成完成时，海水和地球大气中的氧含量才能上升到 0.2% 到 0.5% 以上的值。 这就是所谓的大氧灾难。

条状铁层在一定程度上形成于低温纪（距今750至6亿年）和奥陶纪（距今约4.5亿年）。

条状铁层具有层状结构，含铁层与燧石层交替（英文燧石，微隐晶质石英，粒径<30 µm）。 铁层中主要赋存的矿物是赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）。 各个层的厚度为几毫米到几厘米，使岩石横截面呈现出同名条带的外观。 它们可以多次重复出现，因此条状铁层地层的厚度（层厚）约为 50 米至 600 米，使其成为具有重要经济意义的铁矿床。

条状铁层构造 (BIF) 分为三种类型：

• Algoma 类型，以透镜状出现并与火山岩和杂砂岩交错排列（例如加拿大和澳大利亚的沉积物）。 火山活动是海底的。
• 高级类型，由于其起源于货架区域而更为广泛。 这种类型与火山活动的关系不明显。
• rapitan 类型，出现在新元古代末期，与冰川沉积物（例如，铁岭岩）（雪球地球）相关。

条状铁层的由来历经深入研究，但至今仍未最终厘清。 争论的主要焦点之一是细菌在条状铁层形成中的作用以及氧气浓度随时间的变化，这与条状形成时的氧气是否存在的问题有关。铁层当时在大气中的浓度足够高。

人们普遍认为，铁来自火山，通过大洋中脊和深海海沟的喷气作用进入海水。 对条状铁层中稀土元素的分布和品位进行检查后发现，剖面中的铕含量异常高，表明源自深海床热液活动，以及燧石层中的钕同位素组成。 部分BIFs中铝含量低，且大多不与条状铁层一起出现粘土等碎屑沉积物，反驳了铁来自大陆岩石风化的论点。

BIF 出现的解释是生物活动和铁的结合，通过垂直水流进入上层水层和浅水区。 由于当时存在的蓝藻光合作用产氧，溶解在海水中的铁立即被氧化，生成难溶于水的氢氧化物和三价铁的氧化物（包括氢氧化铁（III）和铁（ III)形成了水合物))。 这些水溶性差的矿物沉积下来，成岩过程中放水形成了磁铁矿和赤铁矿等矿物。 假设溶解在海水中的铁对氧气的吸收只持续了一段时间，即直到可用的铁用完并且释放的氧气不再与铁结合。 据说这会产生对蓝藻有害的氧气浓度，从而导致细菌死亡。 随后是燧石的沉淀。 这些似乎是由二氧化硅的直接非生物沉淀和二氧化硅分泌生物形成的。

另一种氧化二价铁的方法是厌氧光合细菌的活性，它们使用光作为能源，通过使用二价铁作为还原剂，从二氧化碳和水中生产生物质，从而将其氧化成三价铁，但没有氧气（双氧， O2）形式。 模型计算表明，相对较薄的一层自由漂浮的厌氧光养细菌足以氧化并沉淀海水中所有溶解的铁。

非生物起源也被认为是可能的：二价铁的离子被紫外线辐射和波长高达 400 nm 左右的蓝光氧化成三价铁离子，电子被转移到氢离子，因此分子，元素氢（H2 ) 形成：2 Fe + 2 H → 2 Fe + H2。 三价铁离子与水一起形成赤铁矿或与二价铁离子和水磁铁矿一起。

条状铁层出现在元古代末期很久之后，其成因也一直没有完全解释清楚。 一方面，它们被视为雪球地球假说的证据：鉴于当时海洋和大气中的氧气浓度已经很高，海洋的完全冰盖是海水缺氧和大量溶解的铁能够被吸收。 当冰融化并分离出沉淀物时，铁被氧化。 另一方面，它们被解释为富含金属的缺氧海水的形成。 它们的金属含量来自火山，它们的形成地点是构造起源的裂谷盆地，其底部附近的水层通常缺氧。