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Formación de bandas de hierro
Roca sedimentaria
Formación de hierro con bandas Dales Gorge.jpg
Formación de hierro en bandas, Parque Nacional Karijini , Australia Occidental
Composición
Primarioóxidos de hierro , cherts
SecundarioOtro
Roca de 2.100 millones de años de América del Norte que muestra la formación de bandas de hierro, que se muestra en Dresde , Sajonia , Alemania

Las formaciones de hierro con bandas (también conocidas como formaciones de piedra de hierro con bandas o BIF ) son unidades distintivas de roca sedimentaria que consisten en capas alternas de óxidos de hierro y pedernal pobre en hierro . Pueden tener hasta varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente por varios cientos de kilómetros. Casi todas estas formaciones son de la era Precámbrica y se cree que registran la oxigenación de los océanos de la Tierra .

Se cree que las formaciones de hierro en bandas se formaron en el agua de mar como resultado de la producción de oxígeno por las cianobacterias fotosintéticas . El oxígeno se combinó con el hierro disuelto en los océanos de la Tierra para formar óxidos de hierro insolubles, que se precipitaron y formaron una capa delgada en el fondo del océano. Cada banda es similar a una varve , como resultado de variaciones cíclicas en la producción de oxígeno.

Algunas de las formaciones rocosas más antiguas de la Tierra, que se formaron hace unos 3.700  millones de años ( Ma ), están asociadas con formaciones de hierro en bandas. Fueron descubiertas por primera vez en el norte de Michigan en 1844. Las formaciones de hierro en bandas representan más del 60% de las reservas mundiales de hierro y proporcionan la mayor parte del mineral de hierro que se extrae actualmente. La mayoría de las formaciones se pueden encontrar en Australia, Brasil, Canadá, India, Rusia, Sudáfrica, Ucrania y Estados Unidos.

Descripción [ editar ]

Formación de bandas de hierro de Barberton Greenstone Belt , Sudáfrica

Una formación típica de hierro en bandas consiste en capas delgadas y repetidas (de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros de espesor) de óxidos de hierro de plata a negro , ya sea magnetita (Fe 3 O 4 ) o hematita (Fe 2 O 3 ), alternando con bandas de pedernal pobre en hierro , a menudo de color rojo, de espesor similar. [1] [2] [3] [4] Una formación de hierro de una sola banda puede tener hasta varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente por varios cientos de kilómetros. [5]

La formación de bandas de hierro se define con mayor precisión como roca sedimentaria precipitada químicamente que contiene más del 15% de hierro . Sin embargo, la mayoría de los BIF tienen un mayor contenido de hierro, típicamente alrededor del 30% en masa, por lo que aproximadamente la mitad de la roca son óxidos de hierro y la otra mitad es sílice. [5] [6] El hierro en los BIF se divide aproximadamente en partes iguales entre la forma férrica más oxidada , Fe (III), y la forma ferrosa más reducida , Fe (II), de modo que la relación Fe (III) / Fe (II + III) normalmente varía de 0,3 a 0,6. Esto indica un predominio de la magnetita, en la que la proporción es de 0,67, sobre la hematita, para la cual la proporción es de 1. [4]Además de los óxidos de hierro (hematita y magnetita), el sedimento de hierro puede contener carbonatos ricos en hierro, siderita y ankerita , o silicatos ricos en hierro, minnesotaita y greenalita . La mayoría de los BIF son químicamente simples, contienen poco más que óxidos de hierro, sílice y carbonato menor, [5] aunque algunos contienen una cantidad significativa de calcio y magnesio, hasta un 9% y un 6,7% como óxidos respectivamente. [7] [8]

Cuando se usa en singular, el término formación de bandas de hierro se refiere a la litología sedimentaria que se acaba de describir. [1] La forma plural, formaciones de hierro en bandas, se usa informalmente para referirse a las unidades estratigráficas que consisten principalmente en la formación de bandas de hierro. [9]

Una formación de hierro en bandas bien conservada generalmente consta de macrobandas de varios metros de espesor que están separadas por delgados lechos de lutitas . Las macrobandas, a su vez, están compuestas por capas alternas características de pedernal y óxidos de hierro, llamadas mesobandas , que tienen un grosor de varios milímetros a algunos centímetros. Muchas de las mesobandas de sílex contienen microbandas.de óxidos de hierro que tienen menos de un milímetro de espesor, mientras que las mesobandas de hierro son relativamente sin rasgos. Los BIF tienden a ser extremadamente duros, duros y densos, lo que los hace altamente resistentes a la erosión, y muestran finos detalles de estratificación a grandes distancias, lo que sugiere que se depositaron en un entorno de muy baja energía; es decir, en aguas relativamente profundas, no perturbadas por el movimiento de las olas o las corrientes. [2] Los BIF rara vez se interrelacionan con otros tipos de rocas, y tienden a formar unidades discretas delimitadas marcadamente que nunca se inclinan lateralmente hacia otros tipos de rocas. [5]

Primer plano de una muestra de formación de hierro en bandas de la parte superior de Michigan

Las formaciones de hierro en bandas de la región de los Grandes Lagos y la Formación Frere en el oeste de Australia tienen un carácter algo diferente y, a veces, se describen como formaciones de hierro granular o GIF . [7] [5] Sus sedimentos de hierro son de carácter granular a oolítico , formando granos discretos de aproximadamente un milímetro de diámetro, y carecen de microbandas en sus mesobandas de pedernal. También muestran mesobandas más irregulares, con indicaciones de ondulaciones y otras estructuras sedimentarias., y sus mesobandas no pueden trazarse a gran distancia. Aunque forman unidades bien definidas y discretas, comúnmente están intercaladas con sedimentos epiclásticos de grano grueso a medio (sedimentos formados por la meteorización de la roca). Estas características sugieren un entorno de depósito de mayor energía , en aguas menos profundas perturbadas por los movimientos de las olas. Sin embargo, por lo demás se parecen a otras formaciones de hierro en bandas. [7]

Sección delgada de formación de hierro en bandas neoproterozoico de Australia

La gran mayoría de las formaciones de hierro en bandas son de edad Arcaica o Paleoproterozoica . Sin embargo, una pequeña cantidad de BIF son neoproterozoicos en edad, y con frecuencia, [8] [10] [11] si no universalmente, [12] se asocian con depósitos glaciales, que a menudo contienen piedras glaciales . [8] También tienden a mostrar un mayor nivel de oxidación, con la hematita prevaleciendo sobre la magnetita, [10] y por lo general contienen una pequeña cantidad de fosfato, alrededor del 1% en masa. [10] Las mesobandas suelen ser deficientes a inexistentes [13] y las estructuras de deformación de sedimentos blandosson comunes. Esto sugiere una deposición muy rápida. [14] Sin embargo, al igual que las formaciones de hierro granular de los Grandes Lagos, las ocurrencias del Neoproterozoico se describen ampliamente como formaciones de hierro en bandas. [8] [10] [14] [4] [15] [16]

Las formaciones de hierro con bandas son distintas de la mayoría de las piedras de hierro del fanerozoico . Las piedras de hierro son relativamente raras y se cree que se depositaron en eventos anóxicos marinos , en los que la cuenca de depósito se agotó en oxígeno libre . Están compuestos por silicatos y óxidos de hierro sin pedernal apreciable pero con un contenido significativo de fósforo , que carece de BIF. [11]

Ningún esquema de clasificación para formaciones de hierro en bandas ha ganado una aceptación completa. [5] En 1954, Harold Lloyd James abogó por una clasificación basada en cuatro facies litológicas (óxido, carbonato, silicato y sulfuro) que se suponía representaban diferentes profundidades de deposición, [1] pero este modelo especulativo no se mantuvo. [5] En 1980, Gordon A. Gross abogó por una división doble de los BIF en un tipo Algoma y un tipo Lago Superior, basándose en el carácter de la cuenca depositacional. Los BIF de Algoma se encuentran en cuencas relativamente pequeñas en asociación con grauvacas y otras rocas volcánicas y se supone que están asociados con centros volcánicos. Los BIF del lago Superior se encuentran en cuencas más grandes en asociación con lutitas negras, cuarcitas, y dolomitas , con tobas relativamente menores u otras rocas volcánicas, y se supone que se formaron en una plataforma continental . [17] Esta clasificación ha sido más ampliamente aceptada, pero el hecho de no apreciar que se basa estrictamente en las características de la cuenca depositacional y no en la litología del BIF en sí ha llevado a confusión, y algunos geólogos han abogado por su abandono. [2] [18] Sin embargo, se sigue utilizando la clasificación en tipos Algoma frente al lago Superior. [19] [20]

Ocurrencia [ editar ]

Abundancia de formación de bandas de hierro en el registro geológico. El color indica el tipo dominante. Amarillo claro = formaciones Arcaicas más antiguas; amarillo oscuro = formaciones del Gran Gondwana; marrón = formaciones de hierro granular; rojo = formaciones de la Tierra bola de nieve . Adaptado de Trendall 2002.
Formación de bandas de hierro
Ubicación de ocurrencias. El color indica el tipo dominante. Amarillo claro = formaciones Arcaicas más antiguas; amarillo oscuro = formaciones del Gran Gondwana; marrón = formaciones de hierro granular; rojo = formaciones de la Tierra bola de nieve.

Las formaciones de hierro con bandas son casi exclusivamente precámbricas en edad, con la mayoría de los depósitos que datan del Arcaico tardío (2500-2800 Ma) con un pico secundario de deposición en el período Orosiriano del Paleoproterozoico (1850 Ma). Cantidades menores se depositaron en el Arcaico temprano y en el Neoproterozoico (750 Ma). [5] [4] La formación de hierro en bandas más joven conocida es una formación del Cámbrico Temprano en el oeste de China. [16] Debido a que los procesos mediante los cuales se forman los BIF parecen estar restringidos al tiempo geológico temprano y pueden reflejar condiciones únicas del mundo precámbrico, los geólogos los han estudiado intensamente. [5][4]

Las formaciones de hierro con bandas se encuentran en todo el mundo, en todos los escudos continentales de todos los continentes. Los BIF más antiguos están asociados con cinturones de piedra verde e incluyen los BIF del cinturón de Isua Greenstone , el más antiguo conocido, que tiene una edad estimada de 3700 a 3800 Ma. [5] [21] Los depósitos de hierro en bandas de Temagami [22] se formaron durante un período de 50 millones de años, desde 2736 hasta 2687 Ma, y alcanzaron un espesor de 60 metros (200 pies). [23] Otros ejemplos de los primeros BIF Arcaicos se encuentran en los cinturones de piedra verde de Abitibi , los cinturones de piedra verde de los cratones de Yilgarn y Pilbara , el escudo bálticoy los cratones del Amazonas , el norte de China y el sur y el oeste de África. [5]

Las formaciones de hierro en bandas más extensas pertenecen a lo que AF Trendall llama los BIF de la Gran Gondwana . Estos son Arcaicos tardíos en edad y no están asociados con cinturones de piedra verde. Son relativamente indeformables y forman extensas mesetas topográficas, [2] como la Cordillera de Hamersley . [24] [25] [26] Las formaciones de hierro en bandas aquí se depositaron entre 2470 y 2450 Ma y son las más gruesas y extensas del mundo, [4] [27] con un espesor máximo de más de 900 metros (3000 pies ). [7] BIFs similares se encuentran en la Formación Carajás del cratón Amazonas, el Cauê Itabirite delCratón de São Francisco , la Formación de Hierro Kuruman y la Formación de Hierro Penge de Sudáfrica, y la Formación Mulaingiri de la India . [5]

Las formaciones paleoproterozoicas de hierro en bandas se encuentran en la Cordillera de Hierro y otras partes del Escudo Canadiense . [5] La Cordillera de Hierro es un grupo de cuatro depósitos principales: la Cordillera Mesabi , la Cordillera Bermellón , la Cordillera Gunflint y la Cordillera Cuyuna . Todos son parte del Grupo Animikie y fueron depositados entre 2500 y 1800 Ma. [28] Estos BIF son predominantemente formaciones de hierro granular. [5]

Las formaciones de hierro con bandas neoproterozoicas incluyen el Urucum en Brasil, Rapitan en el Yukón y el cinturón de Damara en el sur de África. [5] Son de tamaño relativamente limitado, con extensiones horizontales no superiores a unas pocas decenas de kilómetros y espesores no superiores a unos 10 metros (33 pies). [10] Se cree que estos se depositaron en condiciones oceánicas anóxicas inusuales asociadas con la " Tierra bola de nieve ". [2]

Orígenes [ editar ]

Un cenicero tallado en una forma suave de piedra de hierro con bandas del Supergrupo Barbeton en Sudáfrica. Las capas rojas se colocaron cuando las cianobacterias fotosintetizadoras de Archaean produjeron oxígeno que reaccionó con compuestos de hierro disueltos en el agua, para formar óxido de hierro insoluble (óxido). Las capas blancas son sedimentos que se asentaron cuando no había oxígeno en el agua o cuando el Fe 2+ disuelto se agotó temporalmente. [29]

La formación de bandas de hierro proporcionó algunas de las primeras pruebas del momento del Gran Evento de Oxigenación , 2.400 Ma. [30] [31] Con su artículo de 1968 sobre la atmósfera primitiva y los océanos de la tierra, [32] Preston Cloud estableció el marco general que ha sido ampliamente, si no universalmente, [33] [34] aceptado para comprender la deposición de BIF. [5] [4]

Cloud postuló que las formaciones de hierro en bandas eran una consecuencia de aguas anóxicas y ricas en hierro del océano profundo que brotaban en una zona fótica habitada por cianobacterias que habían desarrollado la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis productora de oxígeno, pero que aún no habían desarrollado enzimas ( como superóxido dismutasa ) para vivir en un ambiente oxigenado. Tales organismos se habrían protegido de sus propios desechos de oxígeno mediante su rápida eliminación a través del depósito de hierro ferroso reducido, Fe (II), en el océano primitivo. El oxígeno liberado por la fotosíntesis oxidó el Fe (II) a hierro férrico, Fe (III), que precipitó del agua del mar como óxidos de hierro insolubles que se depositaron en el fondo del océano. [32] [30]

Cloud sugirió que las bandas son el resultado de fluctuaciones en la población de cianobacterias debido al daño de los radicales libres por el oxígeno. Esto también explicó la extensión relativamente limitada de los primeros depósitos arcaicos. Se pensaba que el gran pico en la deposición de BIF al final del Arcaico era el resultado de la evolución de los mecanismos para vivir con oxígeno. Esto puso fin al autoenvenenamiento y produjo una explosión demográfica en las cianobacterias que agotó rápidamente el suministro restante de hierro reducido y puso fin a la mayor parte de la deposición de BIF. Luego, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera. [32] [30]

Se abandonaron algunos detalles del modelo original de Cloud. Por ejemplo, la datación mejorada de los estratos precámbricos ha demostrado que el pico arcaico tardío de la deposición de BIF se extendió a lo largo de decenas de millones de años, en lugar de tener lugar en un intervalo de tiempo muy corto siguiendo la evolución de los mecanismos de respuesta al oxígeno. Sin embargo, sus conceptos generales continúan moldeando el pensamiento sobre los orígenes de las formaciones de hierro en bandas. [2] En particular, el concepto de afloramiento de aguas profundas del océano, ricas en hierro reducido, en una capa superficial oxigenada pobre en hierro sigue siendo un elemento clave de la mayoría de las teorías de deposición. [5] [35]

Las pocas formaciones depositadas después de 1.800  Ma [36] pueden apuntar a niveles bajos intermitentes de oxígeno atmosférico libre, [37] mientras que el pequeño pico de hace 750  millones de años puede estar asociado con la hipotética Tierra Bola de Nieve. [38]

Procesos de formación [ editar ]

Las microbandas dentro de las capas de pedernal están más probable varvas producidos por las variaciones anuales de la producción de oxígeno. Las microbandas diurnas requerirían una tasa de deposición muy alta de 2 metros por año o 5 km / Ma. Las estimaciones de la tasa de deposición basadas en varios modelos de deposición y las estimaciones de SHRIMP de la edad de los lechos de toba asociados sugieren una tasa de deposición en los BIF típicos de 19 a 270 m / Ma, que son consistentes con las varvas o ritmitas anuales producidas por los ciclos de marea. [5]

Cloud propuso que la mesobanding era el resultado del autoenvenenamiento por cianobacterias tempranas, ya que el suministro de hierro reducido se agotaba periódicamente. [30] Mesobanding también se ha interpretado como una estructura secundaria, no presente en los sedimentos como se depositaron originalmente, pero producido durante la compactación de los sedimentos. [5] Otra teoría es que las mesobandas son estructuras primarias que resultan de pulsos de actividad a lo largo de las dorsales oceánicas que cambian la disponibilidad de hierro reducido en escalas de tiempo de décadas. [39] En el caso de las formaciones de hierro granular, las mesobandas se atribuyen al aventado de sedimentos en aguas poco profundas, en las que la acción de las olas tendía a segregar partículas de diferente tamaño y composición.[5]

Para que se depositen formaciones de hierro en bandas, se deben cumplir varias condiciones previas. [13]

  1. La cuenca de deposición debe contener aguas ferruginosas (ricas en hierro ).
  2. Esto implica que también son anóxicos, ya que el hierro ferroso se oxida a hierro férrico en horas o días en presencia de oxígeno disuelto. Esto evitaría el transporte de grandes cantidades de hierro desde sus fuentes hasta la cuenca de deposición.
  3. Las aguas no deben ser euxénicas (ricas en sulfuro de hidrógeno ), ya que esto haría que el hierro ferroso se precipitara en forma de pirita .
  4. Debe haber un mecanismo de oxidación activo dentro de la cuenca depositacional que convierta constantemente el depósito de hierro ferroso en hierro férrico.

Fuente de hierro reducido [ editar ]

Los respiraderos hidrotermales fueron una fuente importante de hierro reducido que luego se oxidó para formar formaciones de hierro en bandas.

Debe haber una fuente amplia de hierro reducido que pueda circular libremente en el depósito de deposición. [5] Las fuentes plausibles de hierro incluyen respiraderos hidrotermales a lo largo de las dorsales oceánicas, polvo arrastrado por el viento, ríos, hielo glacial y filtraciones de los márgenes continentales. [13]

Es probable que la importancia de varias fuentes de hierro reducido haya cambiado drásticamente a lo largo del tiempo geológico. Esto se refleja en la división de los BIF en depósitos de tipo Algoma y Lago Superior. [40] [41] [42] Los BIF de tipo Algoma se formaron principalmente en el Arcaico. Estos BIF más antiguos tienden a mostrar una anomalía de europio positiva consistente con una fuente hidrotermal de hierro. [4] Por el contrario, las formaciones de hierro en bandas de tipo Lago Superior se formaron principalmente durante la era Paleoproterozoica y carecen de las anomalías de europio de los BIF de tipo Algoma más antiguos, lo que sugiere una entrada mucho mayor de hierro degradado de los continentes. [8] [43] [4]

Ausencia de oxígeno o sulfuro de hidrógeno [ editar ]

La ausencia de sulfuro de hidrógeno en el agua oceánica anóxica puede explicarse por la reducción del flujo de azufre hacia las profundidades del océano o la falta de reducción disimilatoria de sulfato (DSR), el proceso por el cual los microorganismos usan sulfato en lugar de oxígeno para la respiración. El producto de DSR es sulfuro de hidrógeno, que precipita fácilmente el hierro de la solución en forma de pirita. [31]

El requisito de un océano profundo anóxico, pero no euxénico, para la deposición de la formación de bandas de hierro sugiere dos modelos para explicar el fin de la deposición de BIF hace 1.800 millones de años. El modelo del "océano de Holanda" propone que las profundidades del océano se oxigenaron lo suficiente en ese momento como para poner fin al transporte de hierro reducido. Heinrich Holland sostiene que la ausencia de depósitos de manganeso durante la pausa entre los BIF Paleoproterozoico y Neoproterozoico es evidencia de que las profundidades del océano se habían oxigenado al menos levemente. El modelo del "océano de Canfield" propone que, por el contrario, el océano profundo se volvió euxénico y el transporte de hierro reducido fue bloqueado por la precipitación en forma de pirita. [31]

Las formaciones de hierro con bandas en el norte de Minnesota están cubiertas por una gruesa capa de eyección del impacto de la Cuenca de Sudbury . Un asteroide (estimado en 10 km de diámetro) impactó en aguas a unos 1.000 m de profundidad hace 1.849 millones de años, coincidiendo con la pausa en la deposición del BIF. Los modelos informáticos sugieren que el impacto habría generado un tsunami de al menos 1.000 metros de altura en el punto del impacto y 100 metros de altura a unos 3.000 kilómetros de distancia. Se ha sugerido que las inmensas olas y los grandes deslizamientos de tierra submarinos provocados por el impacto causaron la mezcla de un océano previamente estratificado, oxigenaron las profundidades del océano y terminaron la deposición de BIF poco después del impacto. [36]

Oxidación [ editar ]

Aunque Cloud argumentó que la actividad microbiana era un proceso clave en la deposición de la formación de bandas de hierro, se sigue debatiendo el papel de la fotosíntesis oxigenada frente a la anoxigénica , y también se han propuesto procesos no biogénicos.

Fotosíntesis oxigénica [ editar ]
Especies de cianobacterias Cylindrospermum sp. bajo aumento

La hipótesis original de Cloud era que el hierro ferroso se oxidaba de manera directa por el oxígeno molecular presente en el agua: [30] [13]

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

El oxígeno proviene de las actividades fotosintéticas de las cianobacterias. [13] La oxidación del hierro ferroso puede haber sido acelerada por bacterias aerobias oxidantes del hierro, que pueden aumentar las tasas de oxidación en un factor de 50 en condiciones de bajo nivel de oxígeno. [13]

Fotosíntesis anoxigénica [ editar ]
Una quemadura en Escocia con bacterias oxidantes del hierro.

La fotosíntesis oxigénica no es el único mecanismo biogénico para la deposición de formaciones de hierro en bandas. Algunos geoquímicos han sugerido que las formaciones de hierro en bandas podrían formarse por oxidación directa del hierro por fotótrofos microbianos anoxigénicos . [44] Las concentraciones de fósforo y metales traza en los BIF son consistentes con la precipitación a través de las actividades de las bacterias oxidantes del hierro. [45]

Las proporciones de isótopos de hierro en las formaciones de hierro en bandas más antiguas (3700-3800 Ma), en Isua, Groenlandia, se explican mejor asumiendo niveles de oxígeno extremadamente bajos (<0,001% de los niveles modernos de O 2 en la zona fótica) y oxidación fotosintética anoxigénica de Fe. (II): [21] [13]

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

Esto requiere que la reducción disimilatoria del hierro, el proceso biológico en el que los microorganismos sustituyen al oxígeno por el Fe (III) en la respiración, aún no se haya generalizado. [21] Por el contrario, las formaciones de hierro en bandas de tipo Lago Superior muestran proporciones de isótopos de hierro que sugieren que la reducción de hierro disimilatorio se expandió mucho durante este período. [46]

Una ruta alternativa es la oxidación por bacterias desnitrificantes anaeróbicas . Esto requiere que la fijación de nitrógeno por microorganismos también esté activa. [13]

10 Fe 2+ + 2 NO-
3 + 24 H
2O → 10 Fe (OH)
3 + N
2 + 18 H+
Mecanismos abiogénicos [ editar ]

La falta de carbono orgánico en la formación de bandas de hierro es un argumento en contra del control microbiano de la deposición de BIF. [47] Por otro lado, existe evidencia fósil de abundantes cianobacterias fotosintetizantes al comienzo de la deposición de BIF [5] y de marcadores de hidrocarburos en lutitas dentro de la formación de bandas de hierro del cratón de Pilbara. [48] El carbono que está presente en las formaciones de hierro en bandas está enriquecido en el isótopo ligero, 12 C, un indicador de origen biológico. Si una parte sustancial de los óxidos de hierro originales estaba en forma de hematita, entonces cualquier carbono en los sedimentos podría haber sido oxidado por la reacción de descarbonización: [2]

6 Fe
2O
3 + C ⇌ 4 Fe
3O
4 + CO
2

Trendall y JG Blockley propusieron, pero luego rechazaron, la hipótesis de que la formación de bandas de hierro podría ser un tipo peculiar de evaporita precámbrica . [5] Otros procesos abiogénicos propuestos incluyen la radiólisis por el isótopo radiactivo de potasio , 40 K, [49] o el recambio anual del agua de la cuenca combinada con el afloramiento de agua rica en hierro en un océano estratificado. [47]

Otro mecanismo abiogénico es la fotooxidación del hierro por la luz solar. Los experimentos de laboratorio sugieren que esto podría producir una tasa de deposición suficientemente alta en condiciones probables de pH y luz solar. [50] [51] Sin embargo, si el hierro proviene de una fuente hidrotermal poco profunda, otros experimentos de laboratorio sugieren que la precipitación de hierro ferroso como carbonatos o silicatos podría competir seriamente con la fotooxidación. [52]

Diagénesis [ editar ]

Independientemente del mecanismo preciso de oxidación, la oxidación del hierro ferroso a férrico probablemente provocó que el hierro se precipitara como un gel de hidróxido férrico . De manera similar, el componente de sílice de las formaciones de hierro en bandas probablemente precipitó como un gel de sílice hidratado. [5] La conversión de hidróxido de hierro y geles de sílice en formación de bandas de hierro es un ejemplo de diagénesis , la conversión de sedimentos en roca sólida.

Existe evidencia de que las formaciones de hierro en bandas se formaron a partir de sedimentos con casi la misma composición química que se encuentra en los BIF en la actualidad. Los BIF de la Cordillera de Hamersley muestran una gran homogeneidad química y uniformidad lateral, sin indicios de ninguna roca precursora que pudiera haber sido alterada a la composición actual. Esto sugiere que, además de la deshidratación y descarbonización del hidróxido férrico original y los geles de sílice, la diagénesis probablemente dejó inalterada la composición y consistió en la cristalización de los geles originales. [5] La descarbonización puede explicar la falta de carbono y la preponderancia de magnetita en formaciones de hierro con bandas más antiguas. [2]El contenido relativamente alto de hematita en los BIF neoproterozoicos sugiere que se depositaron muy rápidamente y mediante un proceso que no produjo grandes cantidades de biomasa, por lo que había poco carbono presente para reducir la hematita a magnetita. [13]

Sin embargo, es posible que el BIF haya sido alterado de la roca carbonatada [53] o del lodo hidrotermal [54] durante las últimas etapas de la diagénesis. Un estudio de 2018 no encontró evidencia de que la magnetita en BIF se haya formado por descarbonización, y sugiere que se formó a partir de la descomposición térmica de la siderita a través de la reacción.

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

El hierro puede haber precipitado originalmente como greenalita y otros silicatos de hierro. Las macrobandas se interpretan entonces como un producto de la compactación del lodo de silicato de hierro original. Esto produjo bandas ricas en siderita que sirvieron como vías para el flujo de fluidos y la formación de magnetita. [55]

El gran evento de oxidación [ editar ]

Acumulación de oxígeno (O 2 ) en la atmósfera terrestre . Las líneas rojas y verdes representan el rango de las estimaciones, mientras que el tiempo se mide en miles de millones de años (Ga). [31] El
depósito de hierro de formación de bandas alcanza su punto máximo al comienzo de la Etapa 2 y se detiene al comienzo de la Etapa 3.
Artículo principal: Gran evento de oxidación

El pico de deposición de las formaciones de hierro en bandas en el Arcaico tardío, y el final de la deposición en el Orosiriano, se han interpretado como marcadores del Gran Evento de Oxigenación. Antes de hace 2,450 millones de años, el alto grado de fraccionamiento de azufre independiente de la masa (MIF-S) indica una atmósfera extremadamente pobre en oxígeno. El pico de deposición de la formación de hierro en bandas coincide con la desaparición de la señal MIF-S, que se interpreta como la aparición permanente de oxígeno en la atmósfera hace entre 2.41 y 2.35 mil millones de años. Esto fue acompañado por el desarrollo de un océano estratificado con una capa anóxica profunda y una capa oxidada poco profunda. El final de la deposición de BIF hace 1.850 millones de años se atribuye a la oxidación de las profundidades del océano. [31]

Hipótesis de la Tierra Bola de Nieve [ editar ]

Artículo principal: Tierra bola de nieve
Formación neoarcaica de hierro en bandas del noreste de Minnesota

Hasta 1992 [56] se suponía que los escasos depósitos de hierro con bandas posteriores (más jóvenes) representaban condiciones inusuales en las que el oxígeno se agotaba localmente. Las aguas ricas en hierro se formarían entonces de forma aislada y posteriormente entrarían en contacto con agua oxigenada. La hipótesis de la Tierra Bola de Nieve proporcionó una explicación alternativa para estos depósitos más jóvenes. En un estado de la Tierra Bola de Nieve, los continentes, y posiblemente los mares en latitudes bajas, estuvieron sujetos a una severa edad de hielo de alrededor de 750 a 580 Ma que agotó casi o totalmente el oxígeno libre. Luego, el hierro disuelto se acumuló en los océanos pobres en oxígeno (posiblemente de los respiraderos hidrotermales del fondo marino). [57] Tras el deshielo de la Tierra, los mares se oxigenaron una vez más provocando la precipitación del hierro. [5] [4]Las formaciones de hierro en bandas de este período están asociadas predominantemente con la glaciación de Sturtian . [58] [13]

Un mecanismo alternativo para las formaciones de hierro en bandas en la era de la Tierra Bola de Nieve sugiere que el hierro se depositó a partir de salmueras ricas en metales en las proximidades de zonas de ruptura hidrotermalmente activas [59] debido al vuelco térmico provocado por los glaciares. [60] [58] La extensión limitada de estos BIF en comparación con los depósitos glaciares asociados, su asociación con formaciones volcánicas y la variación en el espesor y la facies favorecen esta hipótesis. Tal modo de formación no requiere un océano anóxico global, pero es consistente con un modelo de Snowball Earth o Slushball Earth . [60] [13]

Geología económica [ editar ]

Mina de hierro a cielo abierto Hull-Rust-Mahoning en la Cordillera de Hierro

Las formaciones de hierro en bandas proporcionan la mayor parte del mineral de hierro que se extrae actualmente. [6] Más del 60% de las reservas mundiales de hierro se encuentran en forma de formación de hierro en bandas, la mayoría de las cuales se pueden encontrar en Australia, Brasil, Canadá, India, Rusia, Sudáfrica, Ucrania y Estados Unidos. [40] [41]

Diferentes distritos mineros acuñaron sus propios nombres para los BIF. El término "formación de bandas de hierro" se acuñó en los distritos de hierro del lago Superior , donde los depósitos de mineral de los rangos de hierro Mesabi, Marquette , Cuyuna, Gogebic y Menominee también se conocían como "jaspe", "jaspilita", "hierro -formación portadora ", o taconita . Las formaciones de hierro en bandas se describieron como "itabarita" en Brasil, como "piedra de hierro" en Sudáfrica y como "BHQ" (cuarcita de hematita en bandas) en la India. [6]

La formación de bandas de hierro se descubrió por primera vez en el norte de Michigan en 1844, y la extracción de estos depósitos impulsó los primeros estudios de BIF, como los de Charles R. Van Hise y Charles Kenneth Leith . [5] Las operaciones de extracción de hierro en las cordilleras Mesabi y Cuyuna evolucionaron hasta convertirse en enormes minas a cielo abierto , donde las palas de vapor y otras máquinas industriales podían extraer enormes cantidades de mineral. Inicialmente, las minas explotaban grandes lechos de hematita y goethita erosionadas por las formaciones de hierro en bandas, y en 1980 se habían extraído unos 2.500 millones de toneladas de este "mineral natural". [61]En 1956, la producción comercial a gran escala del propio BIF comenzó en la mina Peter Mitchell cerca de Babbitt, Minnesota . [62] La producción en Minnesota fue de 40 millones de toneladas de concentrado de mineral por año en 2016, lo que representa aproximadamente el 75% de la producción total de Estados Unidos. [61] La formación de hierro en bandas rica en magnetita, conocida localmente como taconita, se muele hasta convertirla en polvo, y la magnetita se separa con potentes imanes y se granula para su envío y fundición. [63]

Mina Tom Price, Cordillera Hamersley , Australia

El mineral de hierro se convirtió en un producto básico mundial después de la Segunda Guerra Mundial , y con el fin del embargo contra la exportación de mineral de hierro desde Australia en 1960, Hamersley Range se convirtió en un importante distrito minero. [5] [24] [25] [26] Las formaciones de hierro en bandas aquí son las más gruesas y extensas del mundo, [4] [27] originalmente cubrían un área de 150,000 kilómetros cuadrados (58,000 millas cuadradas) y contenían aproximadamente 300 billones de toneladas métricas de hierro. [27] El rango contiene el 80 por ciento de todas las reservas de mineral de hierro identificadas en Australia. [64] Más de 100 millones de toneladas métricas de mineral de hierro se extraen del rango cada año. [sesenta y cinco]

Las formaciones de hierro en bandas de Itabarita de Brasil cubren al menos 80.000 kilómetros cuadrados (31.000 millas cuadradas) y tienen hasta 600 metros (2.000 pies) de espesor. [7] Estos forman el Quadrilatero Ferrifero o Iron Quadrangle , que se asemeja a las minas Iron Range de Estados Unidos en que el mineral favorecido es la hematita erosionada de los BIF. [66] La producción del Iron Quadrangle contribuye a que Brasil sea el segundo mayor productor de mineral de hierro después de Australia, con exportaciones mensuales que promediaron 139.299 toneladas métricas entre diciembre de 2007 y mayo de 2018. [67]

Mina de mineral de hierro fundido a cielo abierto Qidashan, uno de los tres grandes pozos que rodean la ciudad de Anshan

La extracción de mineral de formaciones de hierro en bandas en Anshan, en el norte de China, comenzó en 1918. Cuando Japón ocupó el noreste de China en 1931, estos molinos se convirtieron en un monopolio de propiedad japonesa y la ciudad se convirtió en un importante centro industrial estratégico durante la Segunda Guerra Mundial. La producción total de hierro procesado en Manchuria alcanzó un millón de toneladas métricas en 1931-1932. En 1942, la capacidad de producción total de Shōwa Steel Works de Anshan alcanzó las 3.600.000 toneladas métricas por año, lo que la convirtió en uno de los principales centros siderúrgicos del mundo. [68] La producción se vio gravemente interrumpida durante la ocupación soviética de Manchuria en 1945 y la posterior Guerra Civil China.. Sin embargo, de 1948 a 2001, la acería produjo 290 millones de toneladas de acero, 284 millones de toneladas de arrabio y 192 millones de toneladas de acero laminado . La capacidad de producción anual a partir de 2006 es de 10 millones de toneladas de arrabio, 10 millones de toneladas de acero y 9,5 millones de toneladas de acero laminado. Una cuarta parte de las reservas totales de mineral de hierro de China, alrededor de 10 mil millones de toneladas, se encuentran en Anshan. [69]

Ver también [ editar ]

  • Rocas sedimentarias ricas en hierro: rocas  sedimentarias que contienen 15% en peso o más de hierro
  • Estromatolito  : estructuras sedimentarias en capas formadas por el crecimiento de bacterias o algas.
  • Taconita  : roca sedimentaria que contiene hierro, en la que los minerales de hierro se entrelazan con cuarzo, sílex o carbonato.

Referencias [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

  • Harnmeijer, JP (2003). "Formación de bandas de hierro: un enigma continuo de la geología" . Universidad de Washington. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2006.
  • Klein, C. (octubre de 2005). "Algunas formaciones precámbricas en bandas de hierro (BIF) de todo el mundo: su edad, entorno geológico, mineralogía, metamorfismo, geoquímica y orígenes". Mineralogista estadounidense . 90 (10): 1473–99. Código bibliográfico : 2005AmMin..90.1473K . doi : 10.2138 / am . 2005.1871 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con la formación de bandas de hierro en Wikimedia Commons
  • Formación de bandas de hierro en la Encyclopædia Britannica
  • "Jaspilite"  . Enciclopedia Americana . 1920.