條帶狀鐵礦（攝影：周江）

展品檔案

名稱：條帶狀鐵礦

產(chǎn)地：澳大利亞

地質(zhì)年代：古元古代，距今約20億年前

簡(jiǎn)介：含鐵沉積巖，富鐵層氧化后呈艷麗的紅色，與灰色的硅酸鹽層相間形成條紋狀，所含礦物有赤鐵礦、菱鐵礦、磁鐵礦、石英，可能含有碳酸鹽礦物

BIF，一種含鐵礦物形成的構(gòu)造（供圖：葉山）

先從水里沉淀

條帶狀鐵礦是一種漂亮的條帶狀分層的沉積巖構(gòu)造，形成于海洋環(huán)境里，由紅色和灰色相間的條帶狀分層結(jié)構(gòu)組成。其中，紅色的是富鐵層，一般由赤鐵礦、磁鐵礦及菱鐵礦等含鐵礦物組成，紅色來(lái)自赤鐵礦;而灰色的是一種硅酸鹽層，可以看作是一種特別的石英礦物。氧化鐵層和硅酸鹽層交替出現(xiàn)，組成了這種條帶狀沉積巖。

雖然條帶狀鐵礦廣泛地分布于世界各地，但在今天的海洋里，我們無(wú)法找到任何新近形成或正在形成中的條帶狀鐵礦，這表明它們形成于古代的海洋里，那時(shí)海洋的條件與今天大不相同。根據(jù)推測(cè)，條帶狀鐵礦中的富鐵層，是溶解在海水中的二價(jià)鐵離子遇到了含氧量較高的海水之后，發(fā)生氧化反應(yīng)而析出的沉淀物;而硅酸鹽層則是溶解在海水中的二氧化硅和大量的氧氣接觸后形成的微晶石英沉淀。

它們的共同點(diǎn)是，這兩種沉積層的形成，都和海水中氧含量的上升密切相關(guān)。因此，地質(zhì)學(xué)家們認(rèn)為，條帶狀鐵礦的出現(xiàn)和地球歷史上的大氧化事件有關(guān)，是大海中的二價(jià)鐵離子在完成了一段“有氧運(yùn)動(dòng)”之后形成的 。

微生物、火山活動(dòng)……全是“助攻”

在地球誕生之初，原始的大氣層里氧含量極少。34億年前，早期的陸地形成，當(dāng)時(shí)暴露于空氣中的巖石鐵含量普遍較高，風(fēng)化時(shí)會(huì)釋放出鐵。由于在地表缺乏足夠的氧氣與之發(fā)生反應(yīng)，鐵會(huì)以二價(jià)鐵離子的形式溶于水中并進(jìn)入海洋。大約32億年前，以藍(lán)細(xì)菌為代表的一些微生物學(xué)會(huì)了光合作用，并向大氣層釋放氧氣，使早期的大氣成分發(fā)生了顯著的變化。又過(guò)了2億年，地球上的板塊活動(dòng)已經(jīng)啟動(dòng)，火山開始變得活躍。在海底也有許多火山系統(tǒng)，它們會(huì)釋放一些富含各種化學(xué)成分的熱液，其中就包括鐵和硅等元素，這些元素再加上海水中已有的二價(jià)鐵離子，為條帶狀鐵礦的形成提供了原材料。

到了26億年前，大氣層中的氧含量明顯升高，科學(xué)家將這一段時(shí)間稱為大氧化事件。雖然那時(shí)大氣層的氧含量并不如現(xiàn)在高，但和更早的極度缺氧時(shí)期相比，已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。在大氧化事件發(fā)生的時(shí)期內(nèi)，地球的方方面面都被迅速增加的氧氣所改造。比如，對(duì)巖石圈來(lái)說(shuō)，目前人們已知的4000多種礦物里，有至少2500種是在大氧化事件之后才有條件形成的，它們作為“磚頭”，構(gòu)建出了地球上的成百上千種巖石。

絕版的沉積方式

氧氣的升高對(duì)生物圈的影響就更大了。對(duì)一些早期的微生物來(lái)說(shuō)，如此高的含氧量是有劇毒的，因?yàn)榛钚匝跷镔|(zhì)能讓這些微生物產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。與此同時(shí)，當(dāng)時(shí)的強(qiáng)紫外線照射等其他環(huán)境因素與升高的含氧量發(fā)生了協(xié)同作用，這些都徹底改變了微生物的生存環(huán)境。為了適應(yīng)新的環(huán)境，一部分微生物發(fā)生了進(jìn)化，第一批真核生物誕生了，生命邁出了進(jìn)化史上的關(guān)鍵一步。

富余的氧氣同樣也改變了海洋。大量的氧氣進(jìn)入了原本缺氧的海水，讓海洋變成了促進(jìn)氧化反應(yīng)的溫床，隨后氧化鐵類礦物和硅酸鹽開始從海水中析出。由于一些復(fù)雜的原因，海洋環(huán)境會(huì)發(fā)生一些周期性的變化，富鐵層和貧鐵的硅酸鹽層會(huì)進(jìn)行有節(jié)奏地交替沉積，最終形成了今天人們能夠看到的紅色和灰色相互交替的條帶狀鐵礦。條帶狀鐵礦的形成在25億-23億年前達(dá)到頂峰，地質(zhì)學(xué)家們將這一段時(shí)間命名為成鐵紀(jì)。

適宜條帶狀鐵礦生長(zhǎng)的環(huán)境在19億年前結(jié)束。那時(shí)候，一些種類的藍(lán)細(xì)菌迅速繁衍，它們?cè)谶M(jìn)行光合作用時(shí)，會(huì)消耗海水中的二價(jià)鐵離子。因?yàn)樗鼈儽ㄐ缘厣L(zhǎng)，海洋中剩下的二價(jià)鐵離子基本上被耗盡了。失去了二價(jià)鐵離子這個(gè)重要的原料，條帶狀鐵礦便難以繼續(xù)形成。從那以后，除了在8億年前的“第二次雪球地球”期間，因大氣氧含量再度驟升而形成過(guò)少量的條帶狀鐵礦之外，這種特殊的沉積方式就在地球上消失了。