历史地质/条带状铁建造
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在本文中，我们将研究什么是条带状铁建造以及它们是如何形成的。读者可能会发现回顾 关于硅质软泥和燧石的主要文章 很有用。
条带状铁建造或BIF是沉积岩，由富含铁的沉积物（通常是赤铁矿，Fe2O3，和磁铁矿，Fe3O4）和贫铁沉积物交替排列而成，通常是燧石；条带的尺寸从不到一毫米到超过一米不等。右边的图片显示了一个相当典型的条带状铁建造：红色条带是氧化铁。
虽然BIF具有广泛的地理分布，但它们的时间分布是局部的。它们在大约35亿年前开始变得普遍，在大约25亿年前达到顶峰，在大约18亿年前消失，在大约10亿年前又出现一小波，然后基本上从地质记录中消失；今天没有新的BIF正在形成。
除了盐类巨型（如上一篇文章中所解释的），通常很容易解释沉积岩的起源，因为我们可以看到现在正在沉积的相同沉积物：白垩看起来就像石化的钙质软泥，冰碛岩看起来就像石化的冰川冰碛，风成砂岩看起来就像石化的沙漠沙子，等等。
然而，就BIF而言，现在或最近都没有形成新的BIF。因此，似乎在寻找BIF成因时，我们必须寻找一个可能只发生在过去的事件。
幸运的是，有一个想法浮现在脑海。根据生物学家的说法，最早的生命既不产生也不消耗氧气。实际上，它们甚至无法忍受氧气：氧气是一种非常活泼的气体，对没有适应其存在的生物有毒（例如现代细菌肉毒梭菌，它只能在几乎完全没有氧气的环境中存活）。
生物学家还一致认为，在没有产氧生物的情况下，大气中的游离氧（即O2分子）会非常少。
这一切与BIF有什么关系？好吧，铁的一个有趣特性是，元素铁（Fe）会溶于水，而氧化铁（如条带状铁建造中发现的）会沉淀出来。早期的地球水体肯定存在铁的来源，例如来自海底火山的排放物，以及通过化学风化从岩石中释放出来的铁。因此，当出现产氧生物时，溶解在海洋中的铁会与溶解的氧气结合形成氧化铁，然后沉淀出来，形成构成BIF的氧化铁。
事实上，铁会形成一个“氧气汇”；只有在铁以这种方式被消耗殆尽后，O2才开始在大气中占很大比例。大气中氧气的积累，根据地质年代测定方法，大约在24亿年前开始，被称为大氧化事件（GOE）、氧气灾难和氧气危机。
根据生物学家，上面给出的场景是合理的；实际上，如果他们关于早期生命历史的观点是正确的，我们应该预期看到这种地质证据，即由于产氧生物的出现而导致氧气含量上升。撇开生物学不谈，从化学角度来看，这当然是合理的：铁可溶于水，而氧化铁则不可溶于水，这至少是我们可以通过直接观察来验证的。从解释BIF在时间上的局部分布的角度来看，它也是合理的，因为我们预期这种现象只会发生一次。
但事实上大气中是否发生了从贫氧到富氧的变化？对GOE之前、期间和之后矿物的研究肯定地回答了这个问题。
游离氧的产生确实可以解释BIF，这一事实有利于这种场景；此外，这种解释得到了BIF中氧化铁的性质的支持：它们往往是氧铁比低的氧化铁，例如赤铁矿和磁铁矿，而不是例如针铁矿（FeO(OH））；这正是我们在氧气仍然稀少的情况下所预期的。
但是，如果我们用游离氧的出现来解释BIF，并且我们用来证明这一事件的证据仅限于BIF，那么我们就将陷入循环论证的边缘。幸运的是，情况并非如此：早期地球的矿物学还有其他迹象表明发生了GOE。
例如，在GOE所处年代之前，但在之后没有发现铀矿（UO2）和菱铁矿（FeCO3）出现在河流沉积物中（有关如何识别此类沉积物的信息，请参阅关于河流的主要文章）。这之所以重要，是因为这些矿物在含有溶解O2的水中无法存活，就像今天所有的河流一样；因此，沉积它们的河流一定与贫氧大气共存。
另一方面，在GOE所处年代之后，我们在地质记录中看到了矿物类型的巨大多样化，因为在GOE之后，可以通过氧化作用从旧矿物中产生新的矿物；我们就是在GOE之后发现了这种矿物。（有关详细信息，请参阅 Sverjensky 和 Lee (2010) 大氧化事件和矿物多样化，Elements, 6(1)）。
因此，我们有大量数据表明大气中游离氧的含量上升；这种上升将解释，事实上是必然导致，氧化铁沉积物（如BIF中发现的）的大量形成。
因此，似乎我们对BIF有一个很好的解释。然而，读者应该记住，我在这里勾勒的只是一个广泛共识的概略提纲。关于细节，仍然存在争议。
读者可能已经对其中几个细节感到困惑。首先，为什么BIF的深色条带中的沉积物通常是燧石？为什么BIF是条带状的——为什么燧石和氧化铁没有同时沉积成混合物呢？
燧石可能由形成二氧化硅的生物沉积而成。诚然，我们没有在其内部发现测试的硅藻和放射虫，因此它可能并非像这些生物体今天产生的硅质软泥那样起源；但不能排除在寒武纪之前存在其他产生二氧化硅的生物体，现在已经灭绝的可能性。
或者，如果寒武纪之前没有二氧化硅产生生物，那么二氧化硅可能只是在海洋中积累，直到达到饱和点并自行沉淀出来。
沉积的节奏性似乎表明条件的周期性变化。一个可能的起因是生态繁荣和萧条的反复循环。从生物学角度来看，有理由怀疑最早的产氧生物体不能耐受高水平的氧气。（这并不像听起来那样矛盾：大多数生物体无法在充满自身废物的环境中生存。例如，动物会产生CO2，并且会在以其为主导的大气中窒息。）
这表明了以下场景：产氧生物体将生长和繁荣，直到它们产生有毒水平的氧气；然后种群几乎完全崩溃，仅在低氧避难所中存活；氧气将通过与水中的铁结合生成氧化铁带（条带状铁建造）而从大气中去除；在这些低氧条件下，产氧生物体可以再次增加数量，循环将再次开始。这将合理地解释氧化铁的周期性沉淀。甚至可以想象，产氧生物体与上面提到的（假设的）二氧化硅分泌生物体相同。
但在这里，我们已经进入了推测和争议的领域。这些问题很可能仍然存在争议：由于地质学家在无法观察到条带状铁建造在现在的形成这一劣势下工作，因此条带状铁建造永远不会像其他沉积岩那样得到完全确定的理解。