古海洋中竟有“巧克力夹层蛋糕”?!

作者: 若鱼

来源: 石头科普工作室

发布日期: 2024-03-20 12:32:16

文章介绍了38亿年前地球海洋中沉积的条带状铁建造(BIFs),这种地质现象如同巧克力夹层蛋糕,红褐色与灰白色交叠,体积巨大。BIFs的沉积与地球大气和海洋中的氧气含量变化密切相关,是研究早期地球环境的重要载体,也是人类社会最重要的铁资源之一。

38亿年前,我们的地球还处在懵懂无知的幼年期,海洋不像如今这般湛蓝,那时空气中的氧气也十分稀薄,动植物无法存活。这时,在海洋中悄然沉积着一种奇怪的东西,在地质学上,我们把它叫做条带状铁建造(简称BIFs)。它好似巧克力夹层蛋糕一般,红褐色与灰白色交叠出现。红褐色的为富铁层,灰白色的为硅质层或碳酸盐层。

但它的体积可远不止一块巧克力蛋糕般大小,最大规模的条带状建造面积甚至可超过10万km²,它的厚度也可达数百米。

条带状铁建造(BIFs)并不是持续沉积的,它开始沉积于38亿年前,在距今25亿年前达到沉积高峰,大规模的条带状铁建造沉积在18亿年前消失结束,又过了十亿年,全球性的条带状铁建造沉积事件在距今6.5亿年左右的“雪球地球”事件中又重新出现。

如此规模巨大的全球性沉积构造重现又消失,仿佛被施了魔法一般。科学家们通过研究早期大气环境,发现了条带状铁建造(BIFs)的沉积与前寒武纪两次重要的氧化事件和全球冰川(雪球地球)事件高度关联。

我们可以想象,将一块铁放于水中,是并不会溶解的,一段时间过去,它甚至会生锈。同理,海水中的铁,会迅速氧化成各种形式的氧化铁(“铁锈”),附着在其他矿物质上或沉淀下来。那么,如此大规模的铁建造如何沉积下来的呢?唯一的合理解释是古代海洋中缺氧,这样可以使得大量铁在海水中运输和浓缩,这个推测也得到大多数地质学家的认可。

那么早期地球大气中的游离氧又是从哪里来的? 我们首先会想到来自蓝绿色细菌或蓝藻光合作用。但是已知的蓝藻化石来自35亿年,甚至可能来自38亿年,但大氧化事件直到23-19亿年才开始发生。于是,科学家们推测,难道是蓝藻的氧气产量很少,以至于没有造成影响吗?

第二种解释是蓝藻可能产生了比较多的氧气,但它们大多被保留在被氧化的地壳岩石中,直到氧气含量增加至地壳储层饱和,剩下了游离氧? 又或者23亿年是真核藻类进化的时间,它们具有更大细胞,也就具备产生更多氧气的能力。其背后的真正原因还有待进一步验证。

如今,由于沧海桑田的变幻,大规模的条带状铁建造露出地表,为全球超大型铁矿提供了铁源。据统计,全球90%以上铁矿为BIFs相关的矿床。

在25亿年前的沉积高峰期,沉积了最大量的BIFs,直到现如今它们仍作为铁矿石采集地。如:澳大利亚哈默斯利山脉的巨大铁矿,苏必利尔湖周围的铁山脉,以及巴西,俄罗斯,乌克兰和南非的类似矿床。可见,条带状铁建造是人类社会最重要的铁资源,同时是学者研究前寒武纪海洋大气环境的重要地质载体。

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