Образование полосчатого железа - Banded iron formation
Осадочная порода | |
Пластинчатое железо, Национальный парк Кариджини, Западная Австралия | |
Сочинение | |
---|---|
Начальный | оксиды железа, кремы |
Вторичный | Другой |
Пластинчатые железные образования (также известный как полосчатые образования железного камня или же BIFs) являются отличительными единицами осадочная порода состоящий из чередующихся слоев оксиды железа и бедный железом черт. Они могут достигать нескольких сотен метров в толщину и вытягиваться в поперечном направлении на несколько сотен километров. Почти все эти образования имеют Докембрийский возраст и считается записывать насыщение океанов Земли кислородом.
Полосчатые железные образования, как полагают, сформировались в морская вода в результате кислород производство фотосинтетический цианобактерии. Кислород в сочетании с растворенным утюг в океанах Земли с образованием нерастворимых оксидов железа, которые выпадают в осадок, образуя тонкий слой на дне океана. Каждая полоса похожа на варва в результате циклических изменений в производстве кислорода.
Некоторые из старейших скальных образований Земли, которые сформировались около 3,700 миллион лет назад (Ма ), связаны с полосчатыми железными образованиями. Впервые они были обнаружены в северной Мичиган в 1844 году. Пласты с полосчатым железом составляют более 60% мировых запасов железа и обеспечивают большую часть железная руда в настоящее время добывается. Большинство образований можно найти в Австралии, Бразилии, Канаде, Индии, России, Южной Африке, Украине и США.
Описание
Типичное полосчатое железо состоит из повторяющихся тонких слоев (от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров толщиной) от серебра до черного. оксиды железа, либо магнетит (Fe3О4) или же гематит (Fe2О3), чередующиеся с полосами бедных железом черт, часто красного цвета, такой же толщины.[1][2][3][4] Одно полосчатое железное образование может иметь толщину до нескольких сотен метров и простираться в поперечном направлении на несколько сотен километров.[5]
Образование полосчатого железа более точно определяется как химическое осаждение. осадочная порода содержащие более 15% утюг. Однако большинство BIF имеют более высокое содержание железа, обычно около 30% по массе, так что примерно половина породы состоит из оксидов железа, а другая половина - из кремнезема.[5][6] Железо в BIF делится примерно поровну между более окисленными железо форме Fe (III), а тем более восстановленной железо формы Fe (II), так что соотношение Fe (III) / Fe (II + III) обычно варьируется от 0,3 до 0,6. Это указывает на преобладание магнетита, в котором соотношение составляет 0,67, над гематитом, для которого соотношение равно 1.[4] Помимо оксидов железа (гематита и магнетита), осадок железа может содержать богатые железом карбонаты, сидерит и анкерит, или силикаты, богатые железом, миннесотит и гриналит. Большинство BIF являются химически простыми, содержат мало, кроме оксидов железа, кремнезема и незначительных карбонатов,[5] хотя некоторые содержат значительное количество кальция и магния, до 9% и 6,7% в виде оксидов соответственно.[7][8]
При использовании в единственном числе термин «полосчатая формация железа» относится к только что описанной литологии осадочных пород.[1] Форма множественного числа, полосчатые железные образования, неформально используется для обозначения стратиграфических единиц, которые состоят в основном из полосчатых железных формаций.[9]
Хорошо сохранившаяся полосчатая формация железа обычно состоит из макрополосы толщиной несколько метров, разделенных тонкими сланец кровати. Макрополосы, в свою очередь, состоят из характерных чередующихся слоев кремня и оксидов железа, называемых мезополосытолщиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Многие из мезополос кремня содержат микрополосы оксидов железа толщиной менее миллиметра, а мезополосы железа относительно безразличны. БИФы, как правило, чрезвычайно твердые, прочные и плотные, что делает их очень устойчивыми к эрозии, и они демонстрируют мелкие детали расслоения на больших расстояниях, что позволяет предположить, что они были отложены в среде с очень низким энергопотреблением; то есть в относительно глубокой воде, не подверженной волновым движениям или течениям.[2] BIF лишь изредка соприкасаются с другими типами горных пород, стремясь образовать резко ограниченные дискретные единицы, которые никогда не переходят в другие типы горных пород.[5]
Полосчатые железные образования Район Великих озер и формирование Фрере западной Австралия несколько отличаются по своему характеру и иногда описываются как гранулированное железо или же Гифки.[7][5] Их железные осадки гранулированы до оолитовый по своему характеру, они образуют дискретные зерна диаметром около миллиметра, а в мезополосах кремня отсутствуют микропояснения. Они также показывают более нерегулярное мезополосное образование с признаками ряби и других осадочные структуры, а их мезополосы нельзя проследить на большом расстоянии. Хотя они образуют четко определенные, дискретные единицы, они обычно переслаиваются с крупнозернистыми и среднезернистыми эпикластическими отложениями (отложениями, образованными в результате выветривания горных пород). Эти особенности предполагают более высокую энергию осадочная среда, в более мелкой воде, нарушенной волновыми движениями. Однако в остальном они напоминают другие пластинчатые железные образования.[7]
Подавляющее большинство полосчатых железных образований Архейский или же Палеопротерозой в возрасте. Однако небольшое количество BIF имеют неопротерозойский возраст и часто имеют[8][10][11] если не повсеместно,[12] связанные с ледниковыми отложениями, часто содержащие ледниковые камни.[8] Они также имеют тенденцию к более высокому уровню окисления, при этом гематит преобладает над магнетитом.[10] и они обычно содержат небольшое количество фосфата, около 1% по массе.[10] Мезобандинг часто бывает слабым или отсутствует[13] и мягко-осадочные деформационные структуры общие. Это говорит об очень быстром осаждении.[14] Однако, как и гранулированные железные образования Великих озер, неопротерозойские проявления широко описываются как полосчатые железные образования.[8][10][14][4][15][16]
Пластинчатые железные образования отличаются от большинства Фанерозой железные камни. Железные камни относительно редки и, как считается, откладывались в морских аноксические события, в котором осадочный бассейн истощился свободными кислород. Они состоят из силикатов и оксидов железа без заметного кремня, но со значительными фосфор контент, которого не хватает в BIF.[11]
Никакая схема классификации полосчатых железных пластов не получила полного признания.[5] В 1954 году Гарольд Ллойд Джеймс выступил за классификацию, основанную на четырех литологических фациях (оксидная, карбонатная, силикатная и сульфидная), которые, как предполагается, представляют разные глубины отложений,[1] но эта умозрительная модель не оправдала себя.[5] В 1980 году Гордон А. Гросс выступил за двойное разделение BIF на тип Algoma и тип Lake Superior, основываясь на характере осадочного бассейна. Algoma BIFs встречаются в относительно небольших бассейнах в ассоциации с Greywackes и другие вулканические породы и предположительно связаны с вулканическими центрами. BIF озера Верхнее встречаются в более крупных бассейнах в сочетании с черными сланцами, кварциты, и доломиты, с относительно незначительными туфы или другие вулканические породы, и предполагается, что они образовались на континентальный шельф.[17] Эта классификация получила более широкое признание, но непонимание того, что она основана исключительно на характеристиках осадочного бассейна, а не на литологии самого BIF, привело к путанице, и некоторые геологи выступили за отказ от нее.[2][18] Тем не менее, классификация на типы Альгомы и Верхнего озера продолжает использоваться.[19][20]
Вхождение
Пластинчатые железные образования почти исключительно Докембрийский возрастом, причем большинство отложений относится к позднему архею (2500-2800 млн лет назад) с вторичным пиком отложений в Орозириан период из Палеопротерозой (1850 млн лет). Незначительные суммы были депонированы в раннем архее и в Неопротерозойский (750 млн лет).[5][4] Самая молодая из известных полосчатых железных формаций - это Ранний кембрий образование в западном Китае.[16] Поскольку процессы, посредством которых формируются BIF, по-видимому, ограничены ранним геологическим временем и могут отражать уникальные условия докембрийского мира, они интенсивно изучаются геологами.[5][4]
Пластинчатые железные образования встречаются по всему миру, в каждом континентальный щит каждого континента. Самые старые BIF связаны с зеленокаменные пояса и включать BIF Зеленокаменный пояс Исуа, самые старые из известных, возраст которых оценивается от 3700 до 3800 млн лет.[5][21] В Темагами[22] полосчатые залежи железа сформировались в течение 50 миллионов лет, с 2736 до 2687 млн лет назад, и достигли толщины 60 метров (200 футов).[23] Другие примеры ранних архейских BIF можно найти в Зеленокаменные пояса Абитиби, зеленокаменные пояса Йилгарн и Кратоны пилбары, то Балтийский щит, и кратоны Amazon, север Китая, и юг и Запад Африка.[5]
Наиболее обширные пластинчатые железные образования принадлежат тому, что А.Ф. Трендолл называет Великим Гондвана BIF. Они относятся к позднему архейскому возрасту и не связаны с зеленокаменными поясами. Они относительно недеформированы и образуют обширные топографические плато.[2] такой как Хэмерсли Диапазон.[24][25][26] Полосчатые железные образования здесь отложились в период с 2470 до 2450 млн лет назад и являются самыми мощными и обширными в мире.[4][27] с максимальной толщиной более 900 метров (3000 футов).[7] Подобные BIF можно найти в Формация Карахас кратона Амазонки, Кау Итабирит из Кратон Сан-Франциско, то Железная формация Куруман и Пенджское железное образование Южной Африки и Формация Мулингири из Индия.[5]
Палеопротерозойские полосчатые образования железа встречаются в Железный Диапазон и другие части Канадский щит.[5] Железный хребет представляет собой группу из четырех основных месторождений: Хребет Месаби, то Киноварь Диапазон, то Gunflint Диапазон, а Хребет Куюна. Все являются частью Animikie Group и были отложены между 2500 и 1800 млн лет назад.[28] Эти BIF представляют собой преимущественно гранулированные образования железа.[5]
Неопротерозойские полосчатые образования железа включают Urucum в Бразилии, Rapitan в Юкон и пояс Дамара на юге Африки.[5] Они относительно ограничены по размеру, с горизонтальной протяженностью не более нескольких десятков километров и толщиной не более 10 метров (33 футов).[10] Считается, что они откладывались в необычных бескислородных океанических условиях, связанных с "Снежок Земля."[2]
Происхождение
Образование полосчатого железа стало одним из первых свидетельств времени появления Большое событие оксигенации, 2400 млн лет.[30][31] В своей статье 1968 года о ранней атмосфере и океанах Земли,[32] Престон Клауд установили общие рамки, которые широко, если не повсеместно,[33][34] принято для понимания депонирования BIF.[5][4]
Клауд предположил, что полосчатые железные образования были следствием бескислородных, богатых железом вод из глубоких океанов, поднимающихся в фотическая зона населен цианобактериями, которые развили способность осуществлять фотосинтез, производящий кислород, но которые еще не развили ферменты (такие как супероксиддисмутаза ) для проживания в насыщенной кислородом среде. Такие организмы были бы защищены от их собственных кислородные отходы благодаря его быстрому удалению через резервуар восстановленного двухвалентного железа, Fe (II), в раннем океане. Кислород, выделившийся в процессе фотосинтеза, окислял Fe (II) до трехвалентного железа, Fe (III), которое выпадало в осадок из морская вода в виде нерастворимых оксидов железа, осевших на дне океана.[32][30]
Клауд предположил, что кольцевание является результатом колебаний в популяции цианобактерий из-за свободные радикалы кислородом. Это также объясняет относительно ограниченную протяженность раннеархейских отложений. Большой пик отложения BIF в конце архея считался результатом эволюции механизмов жизни с кислородом. Это положило конец самоотравлению и привело к популяционному взрыву цианобактерий, который быстро истощил оставшиеся запасы восстановленного железа и положил конец большинству отложений BIF. Затем в атмосфере начал накапливаться кислород.[32][30]
Некоторые детали оригинальной модели Клауда были заброшены. Например, улучшенное датирование докембрийских слоев показало, что поздний архейский пик отложения BIF растянулся на десятки миллионов лет, а не произошел в очень короткий промежуток времени после эволюции механизмов борьбы с кислородом. Однако его общие концепции продолжают формировать представления о происхождении полосчатых железных образований.[2] В частности, концепция апвеллинга глубоководных океанических вод, богатых восстановленным железом, в насыщенный кислородом поверхностный слой, бедный железом, остается ключевым элементом большинства теорий отложения.[5][35]
Немногочисленные образования, отложенные после 1800 г.Ма[36] может указывать на периодический низкий уровень свободного кислорода в атмосфере,[37] в то время как небольшой пик на 750 миллион лет назад может быть связан с гипотетической Землей-снежком.[38]
Формирование процессов
Микрополосы в слоях кремня, скорее всего, варвы производятся ежегодными изменениями производства кислорода. Дневной Для микрополоскания потребуется очень высокая скорость осаждения - 2 метра в год или 5 км / млн лет. Оценки скорости осаждения на основе различных моделей осаждения и КРЕВЕТКА оценки возраста связанных туфовых слоев предполагают скорость осаждения в типичных BIF от 19 до 270 м / млн лет, что согласуется либо с годовыми вариациями, либо ритмы производятся приливными циклами.[5]
Клауд предположил, что мезобандинг был результатом самоотравления ранними цианобактериями, поскольку запасы восстановленного железа периодически истощались.[30] Мезопандирование также интерпретировалось как вторичная структура, не присутствующая в отложениях в том виде, в каком они были изначально заложены, но возникающая во время уплотнения отложений.[5] Другая теория состоит в том, что мезополосы - это первичные структуры, возникающие в результате импульсов активности вдоль срединно-океанические хребты которые изменяют доступность восстановленного железа во временном масштабе в десятилетия.[39] В случае образования гранулированного железа мезополосы относятся к веяние отложений на мелководье, в которых волновое воздействие имеет тенденцию отделять частицы разного размера и состава.[5]
Для осаждения полосчатых железных пластов необходимо выполнение нескольких предварительных условий.[13]
- Бассейн отложения должен содержать железистые воды (богатые утюг ).
- Это означает, что они также аноксичны, поскольку двухвалентное железо окисляется до трехвалентного железа в течение нескольких часов или дней в присутствии растворенного кислорода. Это предотвратило бы транспортировку большого количества железа от его источников в бассейн для отложения.
- Воды не должны быть эвксеническими (богатыми сероводород ), так как это приведет к выпадению двухвалентного железа в виде пирит.
- В отстойнике должен быть активен механизм окисления, который постоянно преобразует резервуар двухвалентного железа в трехвалентное железо.
Источник восстановленного железа
Должен быть достаточный источник восстановленного железа, который может свободно циркулировать в отстойнике.[5] Вероятные источники железа включают: гидротермальные источники вдоль срединно-океанических хребтов, переносимой ветром пыли, рек, ледникового льда и просачивание с континентальных окраин.[13]
Важность различных источников восстановленного железа, вероятно, резко изменилась за геологическое время. Это находит отражение в разделении БИФов на месторождения типа Алгома и Верхнее озеро.[40][41][42] БИФ альгомного типа сформировались преимущественно в архее. Эти старые BIF, как правило, показывают положительные европиевая аномалия в соответствии с гидротермальный источник железа.[4] Напротив, полосчатые железные образования типа озера Верхнее сформировались в основном во время Палеопротерозой эры, и отсутствуют аномалии европия, характерные для более старых BIF альгомского типа, что предполагает гораздо большее поступление железа, выветриваемого с континентов.[8][43][4]
Отсутствие кислорода или сероводорода
Отсутствие сероводорода в бескислородной океанской воде можно объяснить либо уменьшенным потоком серы в глубину океана, либо отсутствием диссимиляционное восстановление сульфата (DSR), процесс, при котором микроорганизмы используют сульфат вместо кислорода для дыхания. Продуктом DSR является сероводород, который легко осаждает железо из раствора в виде пирита.[31]
Требование наличия бескислородного, но не эвксенического, глубокого океана для отложения полосчатых железных образований предлагает две модели, объясняющие конец отложения BIF 1,8 миллиарда лет назад. Модель «Голландского океана» предполагает, что в то время глубокий океан стал достаточно насыщенным кислородом, чтобы прекратить перенос восстановленного железа. Генрих Холланд утверждает, что отсутствие марганец отложения во время паузы между палеопротерозойскими и неопротерозойскими BIF являются свидетельством того, что глубоководный океан стал хотя бы слегка насыщенным кислородом. Модель «Океан Кэнфилда» предполагает, что, наоборот, глубоководный океан стал эвксеническим и перенос восстановленного железа был заблокирован осадками в виде пирита.[31]
Пластинчатые железные образования на севере Миннесота перекрываются толстым слоем выбросов из Бассейн Садбери влияние. An астероид (примерно 10 км в поперечнике) затронутый в воды примерно на 1000 м глубиной 1,849 миллиарда лет назад, что совпало с паузой отложения BIF. Компьютерные модели предполагают, что удар мог вызвать цунами не менее 1000 метров высотой в точке удара и 100 метров высотой на расстоянии 3000 километров. Было высказано предположение, что огромные волны и большие подводные оползни, вызванные ударом, вызвали перемешивание ранее стратифицированного океана, насыщение кислородом глубинного океана и прекращение отложения BIF вскоре после удара.[36]
Окисление
Хотя Клауд утверждал, что микробная активность была ключевым процессом в отложении полосчатого образования железа, роль оксигенации по сравнению с аноксигенный фотосинтез продолжает обсуждаться, и также предлагались небиогенные процессы.
Кислородный фотосинтез
Первоначальная гипотеза Клауда заключалась в том, что двухвалентное железо окисляется прямым образом молекулярным кислородом, присутствующим в воде:[30][13]
- 4Fe2+ + O
2 + 10H
2O → 4 Fe (OH)
3 + 8H+
Кислород поступает в результате фотосинтетической деятельности цианобактерий.[13] Окисление двухвалентного железа могло быть ускорено аэробными железоокисляющими бактериями, которые могут увеличивать скорость окисления в 50 раз в условиях низкого содержания кислорода.[13]
Аноксигенный фотосинтез
Кислородный фотосинтез - не единственный биогенный механизм отложения полосчатых железных образований. Некоторые геохимики предположили, что полосчатые образования железа могут образовываться в результате прямого окисления железа микробами. аноксигенные фототрофы.[44] Концентрации фосфора и следов металлов в BIF согласуются с осаждением в результате деятельности железоокисляющих бактерий.[45]
Соотношение изотопов железа в самых старых полосчатых железных образованиях (3700-3800 млн лет назад) в Исуа, Гренландия, лучше всего можно объяснить, допуская чрезвычайно низкие уровни кислорода (<0,001% современного содержания O2 уровни в фотической зоне) и аноксигенное фотосинтетическое окисление Fe (II):[21][13]
- 4Fe+
2 + 11H
2O + CO
2 + hv → CH
2О + 4Fe (ОН)
3 + 8H+
Для этого необходимо, чтобы диссимиляционное восстановление железа, биологический процесс, в котором микроорганизмы заменяют кислород Fe (III) при дыхании, еще не получил широкого распространения.[21] Напротив, полосчатые железные образования типа озера Верхнее показывают изотопные отношения железа, которые предполагают, что диссимиляционное восстановление железа значительно расширилось в этот период.[46]
Альтернативный путь - анаэробное окисление. денитрифицирующие бактерии. Это требует, чтобы азотфиксация микроорганизмами также активен.[13]
- 10Fe+
2 + 2НО−
3 + 24ч
2О → 10Fe (ОН)
3 + N
2 + 18H+
Абиогенные механизмы
Отсутствие органического углерода в полосчатом образовании железа свидетельствует против микробного контроля осаждения BIF.[47] С другой стороны, есть ископаемое доказательства обилия фотосинтезирующих цианобактерий в начале отложения BIF[5] и из углеводородные маркеры в сланцах в пределах полосчатой железистой формации кратона Пилбара.[48] Углерод, который присутствует в полосчатых образованиях железа, обогащен легким изотопом, 12Может индикатор биологического происхождения. Если бы значительная часть исходных оксидов железа была в форме гематита, то любой углерод в отложениях мог быть окислен в результате реакции декарбонизации:[2]
- 6 Fe
2О
3 + C ⇌ 4 Fe
3О
4 + CO
2
Трендолл и Дж. Блокли предложил, но позже отверг гипотезу о том, что полосчатое железообразование могло быть своеобразной разновидностью докембрия. эвапорит.[5] Другие предлагаемые абиогенные процессы включают: радиолиз посредством радиоактивный изотоп из калий, 40K,[49] или годовой оборот воды бассейна в сочетании с подъемом богатой железом воды в стратифицированном океане.[47]
Другой абиогенный механизм - это фотоокисление железа солнечным светом. Лабораторные эксперименты показывают, что это может привести к достаточно высокой скорости осаждения при вероятных условиях pH и солнечного света.[50][51] Однако, если железо поступало из неглубокого гидротермального источника, другие лабораторные эксперименты предполагают, что осаждение двухвалентного железа в виде карбонатов или силикатов может серьезно конкурировать с фотоокислением.[52]
Диагенез
Независимо от точного механизма окисления, окисление двухвалентного железа до трехвалентного железа, вероятно, вызывало осаждение железа в виде гидроксид железа гель. Точно так же кремнеземный компонент полосчатых железных образований, вероятно, осаждался в виде водного силикагеля.[5] Превращение гидроксида железа и силикагелей в полосчатое образование железа является примером диагенез, преобразование отложений в твердую породу.
Полосчатые железные образования, скорее всего, образовались из отложений с почти таким же химическим составом, что и сегодня в BIF. Хотя было высказано предположение, что BIF был изменен из карбонатной породы[53] или из гидротермальных грязей,[54] BIF хребта Хамерсли демонстрируют большую химическую однородность и латеральную однородность, без каких-либо признаков породы-предшественника, которая могла быть изменена до текущего состава. Таким образом, кроме дегидратации и декарбонизации исходного гидроксида железа и силикагелей, диагенез, вероятно, оставил состав неизменным и состоял из кристаллизации исходных гелей.[5]
Декарбонизация может объяснить недостаток углерода и преобладание магнетита в более старых полосчатых формациях железа.[2] Относительно высокое содержание гематита в неопротерозойских BIFs предполагает, что они откладывались очень быстро и в результате процесса, который не производил больших количеств биомассы, поэтому присутствовало небольшое количество углерода для восстановления гематита до магнетита.[13]
Великое событие окисления
Пик отложения полосчатых железных образований в позднем архее и конец отложения в орозирийском периоде были интерпретированы как маркеры Великого события оксигенации. До 2,45 миллиарда лет назад высокая степень массово-независимое фракционирование серы (MIF-S) указывает на крайне бедную кислородом атмосферу. Пик образования полосчатого образования железа совпадает с исчезновением сигнала MIF-S, что интерпретируется как постоянное появление кислорода в атмосфере между 2,41 и 2,35 миллиардами лет назад. Это сопровождалось развитием стратифицированного океана с глубоким бескислородным слоем и мелким окисленным слоем. Конец отложения BIF 1,85 миллиарда лет назад приписывают окислению глубинного океана.[31]
Гипотеза снежного кома Земли
До 1992 г.[55] Предполагалось, что редкие, более поздние (более молодые) полосчатые отложения железа представляют собой необычные условия, в которых кислород был локально истощен. Богатые железом воды образуются изолированно и впоследствии вступают в контакт с насыщенной кислородом водой. Гипотеза Земли снежного кома дала альтернативное объяснение этим более молодым месторождениям. В состоянии Земли снежного кома континенты и, возможно, моря в низких широтах были подвержены суровому ледниковому периоду около 750–580 млн лет назад, который почти или полностью истощил свободный кислород. Растворенное железо затем накапливалось в бедных кислородом океанах (возможно, из гидротермальных источников на морском дне).[56] После таяния Земли моря снова стали насыщенными кислородом, что привело к выпадению в осадок железа.[5][4] Полосчатые железные образования этого периода преимущественно связаны с Стуртовское оледенение.[57][13]
Альтернативный механизм образования полосчатого железа в эпоху Земли снежного кома предполагает, что железо было отложено из богатых металлами рассолы в окрестностях неподалеку от гидротермально активный рифтовые зоны[58] из-за теплового переворота, вызванного ледниками.[59][57] Ограниченная протяженность этих BIF по сравнению с соответствующими ледниковыми отложениями, их связь с вулканическими образованиями, а также различия в мощности и фации подтверждают эту гипотезу. Такой способ формирования не требует глобального бескислородного океана, но соответствует либо Земле-снежному кому, либо Slushball Earth модель.[59][13]
Экономическая геология
Пластинчатые железные образования обеспечивают большую часть железная руда в настоящее время добывается.[6] Более 60% мировых запасов железа находится в форме полосчатого железа, большая часть которого находится в Австралии, Бразилии, Канаде, Индии, России, Южной Африке, Украине и США.[40][41]
Различные горнодобывающие районы придумали свои названия для BIF. Термин «полосчатая формация железа» был придуман в железных округах Озеро Верхнее, где рудные месторождения Месаби, Маркетт, Куюна, Гогебич, и Menominee железные плиты также были известны как «яшма», «джаспилит», «железосодержащая формация» или таконит. Пластинчатые железные образования описывались как «итабарит» в Бразилии, как «железный камень» в Южной Африке и как «BHQ» (полосчатый гематитовый кварцит) в Индии.[6]
Образование полосчатого железа было впервые обнаружено в северной Мичиган в 1844 г., и разработка этих месторождений побудила к самым ранним исследованиям BIF, например, Чарльз Р. Ван Хайз и Чарльз Кеннет Лейт.[5] Операции по добыче железа на хребтах Месаби и Куюна превратились в огромные карьеры, куда паровые лопаты и другие промышленные машины могут удалять огромное количество руды. Первоначально на рудниках разрабатывались большие пласты гематита и гетит выветрилась из полосчатых железных пластов, и к 1980 году было извлечено около 2,5 миллиардов тонн этой «естественной руды».[60] К 1956 году крупномасштабная промышленная добыча из самого BIF началась на руднике Питера Митчелла недалеко от Бэббит, Миннесота.[61] В 2016 году производство в Миннесоте составило 40 миллионов тонн рудного концентрата в год, что составляет около 75% от общего объема добычи в США.[60] Богатое магнетитом пластовое железо, известное как таконит, измельчается в порошок, а магнетит превращается в порошок. разделены мощными магнитами и гранулированный для отгрузки и плавки.[62]
Железная руда стала мировым товаром после Вторая мировая война, а с окончанием эмбарго на экспорт железной руды из Австралии в 1960 году хребет Хамерсли стал крупным горнодобывающим районом.[5][24][25][26] Полосатые железные образования здесь самые толстые и обширные в мире.[4][27] Первоначально занимала площадь 150 000 квадратных километров (58 000 квадратных миль) и содержала около 300 триллионов метрических тонн железа.[27] Диапазон содержит 80 процентов всех выявленных запасов железной руды в Австралии.[63] Ежегодно с полигона удаляется более 100 миллионов метрических тонн железной руды.[64]
Полосчатые железные образования итабарита в Бразилии покрывают не менее 80 000 квадратных километров (31 000 квадратных миль) и имеют толщину до 600 метров (2000 футов).[7] Они образуют Quadrilatero Ferrifero или Железный четырехугольник, который напоминает рудники Iron Range в Соединенных Штатах тем, что предпочтительной рудой является гематит, выветриваемый из BIF.[65] Производство железного четырехугольника делает Бразилию вторым по величине производителем железной руды после Австралии, с ежемесячным экспортом в среднем 139 299 метрических тонн с декабря 2007 по май 2018.[66]
Добыча руды из полосчатых железных пластов на Аньшань на севере Китая началось в 1918 году. Когда Япония оккупировала Северо-Восточный Китай в 1931 году, эти заводы были превращены в японскую монополию, а город стал важным стратегическим промышленным центром во время Второй мировой войны. Общее производство обработанного железа в Маньчжурия достиг 1 000 000 метрических тонн в 1931–32. К 1942 году общая производственная мощность Anshan's Shwa Steel Works достигла 3 600 000 метрических тонн в год, что сделало его одним из крупнейших металлургических предприятий в мире.[67] Производство было серьезно нарушено во время Советская оккупация Маньчжурии в 1945 г. и последующие Гражданская война в Китае. Однако с 1948 по 2001 годы металлургический завод произвел 290 миллионов тонн стали, 284 миллиона тонн стали. чугун и 192 млн тонн стальной прокат. Годовая производственная мощность по состоянию на 2006 г.[Обновить] составляет 10 млн тонн чугуна, 10 млн тонн стали и 9,5 млн тонн проката. Четверть общих запасов железной руды Китая, около 10 миллиардов тонн, находится в Аньшане.[68]
Смотрите также
- Осадочные породы, богатые железом
- Строматолит - Слоистые осадочные структуры, образованные ростом бактерий или водорослей.
Рекомендации
- ^ а б c Джеймс, Гарольд Ллойд (1 мая 1954 г.). «Осадочные фации железообразования». Экономическая геология. 49 (3): 235–293. Дои:10.2113 / gsecongeo.49.3.235.
- ^ а б c d е ж грамм час Трендолл, А.Ф. (2002). «Значение образования железа в стратиграфической летописи докембрия». В Альтерманн, Владислав; Коркоран, Патриция Л. (ред.). Докембрийские осадочные среды: современный подход к древним осадочным системам. Блэквелл Сайенс Лтд., Стр. 33–36. ISBN 0-632-06415-3.
- ^ Кацута Н., Симидзу И., Хельмштадт Х., Такано М., Каваками С., Кумадзава М. (июнь 2012 г.). «Распределение основных элементов в архейской полосчатой формации железа (BIF): влияние метаморфической дифференциации». Журнал метаморфической геологии. 30 (5): 457–472. Bibcode:2012JMetG..30..457K. Дои:10.1111 / j.1525-1314.2012.00975.x.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k Конди, Кент С. (2015). Земля как развивающаяся планетная система (3-е изд.). Академическая пресса. ISBN 9780128036891.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab Trendall, A.F .; Блокли, Дж. (2004). «Докембрийское железообразование». В Eriksson, P.G .; Altermann, W .; Nelson, D.R .; Mueller, W.U .; Чатуняну, О. (ред.). Эволюция гидросферы и атмосферы. Развитие докембрийской геологии. События в геологии докембрия. 12. С. 359–511. Дои:10.1016 / S0166-2635 (04) 80007-0. ISBN 9780444515063.
- ^ а б c Трендолл, А. (2005). «Железные пласты». Энциклопедия геологии. Эльзевир. С. 37–42.
- ^ а б c d е Голе, Мартин Дж .; Кляйн, Корнелис (март 1981). «Полосчатые образования железа на протяжении большей части докембрия». Журнал геологии. 89 (2): 169–183. Bibcode:1981JG ..... 89..169G. Дои:10.1086/628578. S2CID 140701897.
- ^ а б c d е Кляйн, К. (1 октября 2005 г.). «Некоторые докембрийские полосчатые железные образования (BIF) со всего мира: их возраст, геологические условия, минералогия, метаморфизм, геохимия и происхождение». Американский минералог. 90 (10): 1473–1499. Bibcode:2005AmMin..90,1473K. Дои:10.2138 / am.2005.1871.
- ^ Примеры такого использования можно найти в Gole and Klein 1981; Klein 2005; Trendall 2005; и Чжу и другие. 2014.
- ^ а б c d е Ильин, А. В. (9 января 2009 г.). «Неопротерозойские полосчатые железные образования». Литология и минеральные ресурсы. 44 (1): 78–86. Дои:10.1134 / S0024490209010064. S2CID 129978001.
- ^ а б Беккер, А; Slack, J.F .; Планавский, Н .; Крапез, Б .; Hofmann, A .; Konhauser, K.O .; Rouxel, O.J. (Май 2010 г.). «Образование железа: осадочный продукт сложного взаимодействия мантийных, тектонических, океанических и биосферных процессов» (PDF). Экономическая геология. 105 (3): 467–508. CiteSeerX 10.1.1.717.4846. Дои:10.2113 / gsecongeo.105.3.467.
- ^ Абд эль-Рахман, Яссер; Гуцмер, Йенс; Ли, Сиань-Хуа; Зейферт, Томас; Ли, Чао-Фэн; Лин, Сяо-Сяо; Ли, Цзяо (6 июня 2019 г.). «Не все неопротерозойские железные образования являются гляциогенными: нерапитанские образования стуртовского возраста с выделениями из Аравийско-Нубийского щита». Минеральное месторождение. 55 (3): 577–596. Дои:10.1007 / s00126-019-00898-0. S2CID 189829154.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k Кокс, Грант М .; Halverson, Galen P .; Минарик, Уильям Дж .; Le Heron, Daniel P .; Macdonald, Francis A .; Bellefroid, Эрик Дж .; Страус, Джастин В. (2013). «Неопротерозойское железообразование: оценка его временного, экологического и тектонического значения» (PDF). Химическая геология. 362: 232–249. Bibcode:2013ЧГео.362..232С. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2013.08.002. Получено 23 июн 2020.
- ^ а б Стерн, Роберт Дж .; Mukherjee, Sumit K .; Миллер, Натан Р .; Али, Камаль; Джонсон, Питер Р. (декабрь 2013 г.). «Полосчатая формация железа ∼750 млн лет назад из Аравийско-Нубийского щита - значение для понимания неопротерозойской тектоники, вулканизма и изменения климата». Докембрийские исследования. 239: 79–94. Bibcode:2013Пред..239 ... 79С. Дои:10.1016 / j.precamres.2013.07.015.
- ^ Гоше, Кладио; Sial, Alcides N .; Фрей, Роберт (2015). «Глава 17: Хемостратиграфия неопротерозойской пластовой железной формации (BIF): типы, возраст и происхождение». Хемостратиграфия: концепции, методы и применение. С. 433–449. Дои:10.1016 / B978-0-12-419968-2.00017-0. Получено 22 июн 2020.
- ^ а б Ли, Чжи-Цюань; Чжан, Лянь-Чанг; Сюэ, Чун-Цзи; Чжэн, Мэн-Тянь; Чжу, Мин-Тянь; Роббинс, Лесли Дж .; Slack, Джон Ф .; Планавский, Ной Дж .; Конхаузер, Курт О. (2 июля 2018 г.). «Самая молодая полосчатая формация железа на Земле предполагает наличие железистых условий в раннем кембрийском океане». Научные отчеты. 8 (1): 9970. Bibcode:2018НатСР ... 8.9970L. Дои:10.1038 / s41598-018-28187-2. ЧВК 6028650. PMID 29967405.
- ^ Гросс, Г.А. (1980). «Классификация железных формаций на основе сред осадконакопления». Канадский минералог. 18: 215–222.
- ^ Охмото, Х. (2004). «Архейская атмосфера, гидросфера и биосфера». В Eriksson, P.G .; Altermann, W .; Nelson, D.R .; Mueller, W.U .; Чатуняну, О. (ред.). Эволюция гидросферы и атмосферы. Развитие докембрийской геологии. События в геологии докембрия. 12. 5.2. Дои:10.1016 / S0166-2635 (04) 80007-0. ISBN 9780444515063.
- ^ Танер, Мехмет Ф .; Chemam, Madjid (October 2015). "Algoma-type banded iron formation (BIF), Abitibi Greenstone belt, Quebec, Canada". Ore Geology Reviews. 70: 31–46. Дои:10.1016/j.oregeorev.2015.03.016.
- ^ Gourcerol, B.; Thurston, P.C.; Kontak, D.J.; Côté-Mantha, O.; Biczok, J. (1 August 2016). "Depositional setting of Algoma-type banded iron formation" (PDF). Докембрийские исследования. 281: 47–79. Bibcode:2016PreR..281...47G. Дои:10.1016/j.precamres.2016.04.019. ISSN 0301-9268.
- ^ а б c Czaja, Andrew D .; Johnson, Clark M.; Beard, Brian L.; Роден, Эрик Э .; Li, Weiqiang; Moorbath, Stephen (February 2013). "Biological Fe oxidation controlled deposition of banded iron formation in the ca. 3770Ma Isua Supracrustal Belt (West Greenland)". Письма по науке о Земле и планетах. 363: 192–203. Дои:10.1016/j.epsl.2012.12.025.
- ^ Александр, Д. (21 November 1977). «Геологические и электромагнитные (VLP) исследования со стороны Strathy-Cassels Group». Тимминс, Онтарио: Hollinger Mines Limited: 3, 4, 9. AFRI 31M04SW0091. Цитировать журнал требует
| журнал =
(помощь) - ^ "Ontario banded iron formation". Американский музей естественной истории. Получено 17 июн 2020.
- ^ а б MacLeod, W. N. (1966) The geology and iron deposits of the Hamersley Range area. Бюллетень В архиве 4 марта 2016 г. Wayback Machine (Geological Survey of Western Australia), No. 117
- ^ а б «Геология». Rio Tinto Iron Ore. Archived from оригинал 23 октября 2012 г.. Получено 7 августа 2012.
- ^ а б "Iron 2002 - Key Iron Deposits of the World - Module 1, Australia". Porter GeoConsultancy. 18 September 2002. Получено 7 августа 2012.
- ^ а б c "Banded Iron Formation". Музей Западной Австралии. Получено 17 июн 2020.
- ^ Trendall, A. F (1968). "Three Great Basins of Precambrian Banded Iron Formation Deposition: A Systematic Comparison". Бюллетень Геологического общества Америки. 79 (11): 1527. Bibcode:1968GSAB...79.1527T. Дои:10.1130/0016-7606(1968)79[1527:TGBOPB]2.0.CO;2.
- ^ Margulis, L; Sagan, D (Август 2000 г.). Что такое жизнь?. Калифорнийский университет Press. pp. 81–83. ISBN 978-0-520-22021-8.
- ^ а б c d е Cloud, P. (1973). "Paleoecological Significance of the Banded Iron-Formation". Economic Geology. 68 (7): 1135–1143. Дои:10.2113/gsecongeo.68.7.1135.
- ^ а б c d е Holland, Heinrich D (19 May 2006). "The oxygenation of the atmosphere and oceans". Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 361 (1470): 903–915. Дои:10.1098 / rstb.2006.1838. ЧВК 1578726. PMID 16754606.
- ^ а б c Cloud, Preston E. (1968). "Atmospheric and Hydrospheric Evolution on the Primitive Earth". Наука. 160 (3829): 729–736. Дои:10.1126/science.160.3829.729. JSTOR 1724303. PMID 5646415.
- ^ Ohmoto, H.; Watanabe, Y.; Yamaguchi, K.E.; Naraoka, H.; Haruna, M.; Kakegawa, T .; Hayashi, K .; Kato, Y. (2006). "Chemical and biological evolution of early Earth: Constraints from banded iron formations". Geological Society of America Memoir. 198: 291–331. Дои:10.1130/2006.1198(17). ISBN 9780813711980. Получено 19 июн 2020.
- ^ Lascelles, Desmond Fitzgerald (2017). Banded iron formations, to iron ore : an integrated genesis model. Nova Science Publishers. ISBN 978-1536109719.
- ^ Simonson, Bruce M.; Hassler, Scott W. (November 1996). "Was the Deposition of Large Precambrian Iron Formations Linked to Major Marine Transgressions?". Журнал геологии. 104 (6): 665–676. Дои:10.1086/629861. S2CID 128886898.
- ^ а б Slack, J.F .; Cannon, W.F. (2009). "Extraterrestrial demise of banded iron formations 1.85 billion years ago". Геология. 37 (11): 1011–1014. Bibcode:2009Geo....37.1011S. Дои:10.1130/G30259A.1.
- ^ Lyons, T.W.; Reinhard, C.T. (Сентябрь 2009 г.). "Early Earth: Oxygen for heavy-metal fans". Природа. 461 (7261): 179–81. Bibcode:2009Natur.461..179L. Дои:10.1038/461179a. PMID 19741692. S2CID 205049360.
- ^ Hoffman, P.F.; Kaufman, A.J.; Halverson, G.P.; Schrag, D.P. (Август 1998 г.). "A neoproterozoic snowball earth" (PDF). Наука. 281 (5381): 1342–6. Bibcode:1998Sci...281.1342H. Дои:10.1126/science.281.5381.1342. PMID 9721097.
- ^ Morris, R.C.; Horwitz, R.C. (Август 1983 г.). "The origin of the iron-formation-rich Hamersley Group of Western Australia — deposition on a platform". Докембрийские исследования. 21 (3–4): 273–297. Дои:10.1016/0301-9268(83)90044-X.
- ^ а б Nadoll, P.; Angerer, T.; Mauk, J.L.; French, D.; Walshe, J (2014). "The chemistry of hydrothermal magnetite: A review". Ore Geology Reviews. 61: 1–32. Дои:10.1016/j.oregeorev.2013.12.013.
- ^ а б Zhu, X.Q.; Tang, H.S.; Sun, X.H. (2014). "Genesis of banded iron formations: A series of experimental simulations". Ore Geology Reviews. 63: 465–469. Дои:10.1016/j.oregeorev.2014.03.009.
- ^ Li, L.X.; Li, H.M.; Xu, Y.X.; Chen, J .; Yao, T.; Zhang, L.F.; Yang, X.Q.; Liu, M.J. (2015). "Zircon growth and ages of migmatites in the Algoma-type BIF-hosted iron deposits in Qianxi Group from eastern Hebei Province, China: Timing of BIF deposition and anatexis". Журнал азиатских наук о Земле. 113: 1017–1034. Bibcode:2015JAESc.113.1017L. Дои:10.1016/j.jseaes.2015.02.007.
- ^ Li, Weiqiang; Beard, Brian L.; Johnson, Clark M. (7 July 2015). "Biologically recycled continental iron is a major component in banded iron formations". Труды Национальной академии наук. 112 (27): 8193–8198. Дои:10.1073/pnas.1505515112. ЧВК 4500253. PMID 26109570.
- ^ Kappler, A.; Pasquero, C.; Konhauser, K.O.; Newman, D.K. (Ноябрь 2005 г.). "Deposition of banded iron formations by anoxygenic phototrophic Fe (II)-oxidizing bacteria" (PDF). Геология. 33 (11): 865–8. Bibcode:2005Geo....33..865K. Дои:10.1130/G21658.1. Архивировано из оригинал (PDF) 16 декабря 2008 г.
- ^ Konhauser, Kurt O.; Hamade, Tristan; Raiswell, Rob; Morris, Richard C.; Grant Ferris, F.; Southam, Gordon; Canfield, Donald E. (2002). «Могли ли бактерии образовать докембрийские полосчатые железные образования?». Геология. 30 (12): 1079. Дои:10.1130/0091-7613(2002)030<1079:CBHFTP>2.0.CO;2.
- ^ Johnson, Clark M.; Beard, Brian L.; Кляйн, Корнелис; Beukes, Nic J.; Roden, Eric E. (January 2008). "Iron isotopes constrain biologic and abiologic processes in banded iron formation genesis". Geochimica et Cosmochimica Acta. 72 (1): 151–169. Дои:10.1016/j.gca.2007.10.013.
- ^ а б Кляйн, Корнелис; Beukes, Nicolas J. (1 November 1989). "Geochemistry and sedimentology of a facies transition from limestone to iron-formation deposition in the early Proterozoic Transvaal Supergroup, South Africa". Economic Geology. 84 (7): 1733–1774. Дои:10.2113/gsecongeo.84.7.1733.
- ^ Brocks, J. J.; Logan, Graham A.; Бьюик, Роджер; Summons, Roger E. (13 August 1999). "Archean Molecular Fossils and the Early Rise of Eukaryotes". Наука. 285 (5430): 1033–1036. Дои:10.1126/science.285.5430.1033. PMID 10446042.
- ^ Draganić, I.G.; Bjergbakke, E.; Draganić, Z.D.; Sehested, K. (August 1991). "Decomposition of ocean waters by potassium-40 radiation 3800 Ma ago as a source of oxygen and oxidizing species". Докембрийские исследования. 52 (3–4): 337–345. Дои:10.1016/0301-9268(91)90087-Q.
- ^ Braterman, Paul S.; Cairns-Smith, A. Graham; Sloper, Robert W. (May 1983). "Photo-oxidation of hydrated Fe2+—significance for banded iron formations". Природа. 303 (5913): 163–164. Дои:10.1038/303163a0. S2CID 4357551.
- ^ Braterman, Paul S.; Cairns-Smith, A. Graham (September 1987). "Photoprecipitation and the banded iron-formations — Some quantitative aspects". Истоки жизни и эволюция биосферы. 17 (3–4): 221–228. Дои:10.1007/BF02386463. S2CID 33140490.
- ^ Konhauser, Kurt O.; Amskold, Larry; Lalonde, Stefan V.; Posth, Nicole R.; Kappler, Andreas; Anbar, Ariel (15 June 2007). "Decoupling photochemical Fe(II) oxidation from shallow-water BIF deposition". Письма по науке о Земле и планетах. 258 (1–2): 87–100. Дои:10.1016/j.epsl.2007.03.026. Получено 23 июн 2020.
- ^ Kimberley, M. M. (July 1974). "Origin of iron ore by diagenetic replacement of calcareous oolite". Природа. 250 (5464): 319–320. Дои:10.1038/250319a0. S2CID 4211912.
- ^ Krapez, B.; Barley, M.E.; Pickard, A.L. (2001). "Banded iron formations: ambient pelagites, hydrothermal muds or metamorphic rocks?". Extended Abstracts 4th International Archaean Symposium: 247–248.
- ^ Kirschvink J (1992). "Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the Snowball Earth". In Schopf JW, Klein C (eds.). Протерозойская биосфера: мультидисциплинарное исследование. Издательство Кембриджского университета.
- ^ Cheilletz, Alain; Gasquet, Dominique; Mouttaqi, Abdellah; Annich, Mohammed; El Hakour, Abdelkhalek (2006). "Discovery of Neoproterozoic banded iron formation (BIF) in Morocco" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 8. Получено 23 июн 2020.
- ^ а б Stern, R.J .; Avigad, D.; Miller, N.R.; Beyth, M. (January 2006). "Evidence for the Snowball Earth hypothesis in the Arabian-Nubian Shield and the East African Orogen" (PDF). Журнал африканских наук о Земле. 44 (1): 1–20. Дои:10.1016/j.jafrearsci.2005.10.003. Получено 23 июн 2020.
- ^ Eyles, N.; Januszczak, N (2004). "Zipper-rift': A tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the breakup of Rodinia after 750 Ma" (PDF). Обзоры наук о Земле. 65 (1–2): 1–73. Bibcode:2004ESRv...65....1E. Дои:10.1016/S0012-8252(03)00080-1. Архивировано из оригинал (PDF) 28 ноября 2007 г.
- ^ а б Young, Grant M. (November 2002). "Stratigraphic and tectonic settings of Proterozoic glaciogenic rocks and banded iron-formations: relevance to the snowball Earth debate". Журнал африканских наук о Земле. 35 (4): 451–466. Дои:10.1016/S0899-5362(02)00158-6.
- ^ а б "Explore Minnesota: Iron Ore" (PDF). Minnesota Minerals Coordinating Council. Получено 18 июн 2020.
- ^ Marsden, Ralph (1968). John D. Ridge (ed.). Geology of the Iron Ores of the Lake Superior Region in the United States, in Volume 1 of Ore Deposits of the United States, 1933–1967. The American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Inc. pp. 490–492.
- ^ «Таконит». Министерство природных ресурсов Миннесоты. Получено 10 октября 2020.
- ^ "Iron Fact Sheet". Геонауки Австралия. Архивировано из оригинал 18 февраля 2017 г.. Получено 10 октября 2020.
- ^ "Добыча полезных ископаемых". Rio Tinto Iron Ore. 2010. Archived from оригинал 12 июня 2010 г.. Получено 6 ноября 2011.
- ^ "Minas Itabirito Complex". Mining Data Solutions. MDO Data Online Inc. Получено 22 июн 2020.
- ^ "Brazil Iron Ore Exports: By Port". CEIC Data. Получено 16 февраля 2019.
- ^ Beasley, W.G. (1991). Japanese Imperialism 1894–1945. Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-822168-1.
- ^ Huang, Youyi; Xiao Siaoming; Li Zhenguo; Zhang Zouku (2006). Liaoning, Home of the Manchus & Cradle of Qing Empire. Foreign Languages Press, Beijing. п. 227. ISBN 7-119-04517-2.
дальнейшее чтение
- Harnmeijer, J.P. (2003). "Banded Iron Formation: A Continuing Enigma of Geology". Вашингтонский университет. Архивировано из оригинал on 8 September 2006.
- Klein, C. (October 2005). "Some Precambrian banded iron-formations (BIFs) from around the world: Their age, geologic setting, mineralogy, metamorphism, geochemistry, and origins". Американский минералог. 90 (10): 1473–99. Bibcode:2005AmMin..90.1473K. Дои:10.2138/am.2005.1871.
внешняя ссылка
- СМИ, связанные с Образование полосчатого железа в Wikimedia Commons
- Образование полосчатого железа на Британская энциклопедия
- Энциклопедия Американа. 1920. .