Formación de bandas de hierro

2.1 mil millones de años de roca de América del Norte mostrando formación de hierro forjado, exhibida en Dresden, Saxony, Alemania

Formaciones de hierro en bandas (también conocidas como formaciones de piedra de hierro en bandas o BIF) son unidades distintivas de roca sedimentaria que consisten en capas alternas de hierro óxidos y pedernal pobre en hierro. Pueden tener varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente varios cientos de kilómetros. Casi todas estas formaciones son de edad precámbrica y se cree que registran la oxigenación de los océanos de la Tierra. Algunas de las formaciones rocosas más antiguas de la Tierra, que se formaron hace unos hace 3700 millones de años (Ma), están asociadas con bandas formaciones de hierro.

Se cree que las formaciones de hierro en bandas se formaron en el agua de mar como resultado de la producción de oxígeno por parte de 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 varva, resultado de variaciones cíclicas en la producción de oxígeno.

Las formaciones de hierro en bandas se descubrieron 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 los Estados Unidos.

Descripción

Formación de hierro en banda de la correa de piedra verde de Barberton, Sudáfrica

Una formación típica de hierro en bandas consta de capas delgadas repetidas (de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros de espesor) de plata a óxidos de hierro negro, ya sea magnetita (Fe₃O₄) o hematites (Fe₂O₃), alternando con bandas de pedernal pobre en hierro, a menudo de color rojo, de espesor similar. Una formación de hierro de una sola banda puede tener varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente durante varios cientos de kilómetros.

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, normalmente alrededor del 30 % en masa, por lo que aproximadamente la mitad de la roca son óxidos de hierro y la otra mitad es sílice. El hierro en los BIF se divide aproximadamente por igual 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 relación es de 0,67, sobre la hematita, para la que la relación es de 1. Además de los óxidos de hierro (hematita y magnetita), el sedimento de hierro puede contener los carbonatos siderita y ankerita ricos en hierro, o los silicatos ricos en hierro minnesotaite y greenalite. La mayoría de los BIF son químicamente simples y contienen poco más que óxidos de hierro, sílice y carbonato menor, aunque algunos contienen una cantidad significativa de calcio y magnesio, hasta un 9 % y un 6,7 % como óxidos, respectivamente.

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

Una formación de hierro en bandas bien conservada generalmente consta de macrobandas de varios metros de espesor que están separadas por delgados lechos de lutita. Las macrobandas, a su vez, están compuestas por capas alternas características de óxidos de sílex y hierro, llamadas mesobandas, que tienen varios milímetros a unos pocos centímetros de espesor. Muchas de las mesobandas de pedernal contienen microbandas de óxidos de hierro que tienen menos de un milímetro de espesor, mientras que las mesobandas de hierro son relativamente monótonas. Los BIF tienden a ser extremadamente duros, resistentes y densos, lo que los hace altamente resistentes a la erosión, y muestran finos detalles de estratificación a grandes distancias, lo que sugiere que fueron depositados en un ambiente de muy baja energía; es decir, en aguas relativamente profundas, sin perturbaciones por el movimiento de las olas o las corrientes. Los BIF rara vez se entrecruzan con otros tipos de rocas, y tienden a formar unidades discretas delimitadas de forma pronunciada que nunca se nivelan lateralmente con otros tipos de rocas.

Cierre del espécimen de formación de hierro de Upper Michigan

Las formaciones de hierro en bandas de la región de los Grandes Lagos y la Formación Frere de Australia occidental tienen un carácter algo diferente y, a veces, se describen como formaciones de hierro granular o GIF. 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 indicios de ondulaciones y otras estructuras sedimentarias, y sus mesobandas no se pueden rastrear a gran distancia. Aunque forman unidades bien definidas y discretas, normalmente están intercaladas con sedimentos epiclásticos (sedimentos formados por meteorización de rocas) de grano grueso a medio. Estas características sugieren un entorno depositacional 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.

Sección Thin de formación de hierro bandido Neoproterozoico de Australia

La gran mayoría de las formaciones de hierro bandeado son de edad arcaica o paleoproterozoica. Sin embargo, una pequeña cantidad de BIF son de edad neoproterozoica y con frecuencia, si no universalmente, se asocian con depósitos glaciares, que a menudo contienen gotas glaciares. También tienden a mostrar un mayor nivel de oxidación, prevaleciendo la hematita sobre la magnetita, y normalmente contienen una pequeña cantidad de fosfato, alrededor del 1% en masa. El mesobandeado es a menudo pobre o inexistente y las estructuras de deformación de sedimentos blandos son comunes. Esto sugiere una deposición muy rápida. 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.

Las formaciones de hierro en bandas son distintas de la mayoría de las rocas de hierro fanerozoicas. 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 importante de fósforo, del que carecen los BIF.

Ningún esquema de clasificación para las formaciones de hierro en bandas ha obtenido una aceptación completa. En 1954, Harold Lloyd James abogó por una clasificación basada en cuatro facies litológicas (óxido, carbonato, silicato y sulfuro) que se suponía que representaban diferentes profundidades de depósito, pero este modelo especulativo no se sostuvo. En 1980, Gordon A. Gross abogó por una división doble de los BIF en un tipo Algoma y un tipo Lake Superior, según el carácter de la cuenca de depósito. 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. Esta clasificación ha sido más ampliamente aceptada, pero el hecho de no apreciar que se basa estrictamente en las características de la cuenca de depósito y no en la litología del BIF en sí mismo ha llevado a confusión, y algunos geólogos han abogado por su abandono. Sin embargo, se sigue utilizando la clasificación en tipos Algoma versus Lake Superior.

Ocurrencia

Abundancia de formación de hierro forjado en el registro geológico. El color indica el tipo dominante. Rojo = formaciones arqueas mayores; verde = Grandes formaciones de Gondwana; azul = formaciones de hierro granular; negro = formaciones de bola de nieve Tierra. Adaptado de Trendall 2002.

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Ubicación de ocurrencias. El color indica el tipo dominante. Amarillo claro = formaciones arqueas mayores; amarillo oscuro = Grandes formaciones de Gondwana; marrón = formaciones de hierro granular; rojo = formaciones de bola de nieve Tierra.

Las formaciones de hierro en bandas son casi exclusivamente de edad precámbrica, y la mayoría de los depósitos datan del Arcaico tardío (2800-2500 Ma) con un pico secundario de deposición en el período orosirio del Paleoproterozoico (1850 Ma). Se depositaron cantidades menores en el Arcaico temprano y en el Neoproterozoico (750 Ma). La formación de hierro en bandas más joven que se conoce es una formación del Cámbrico Temprano en el oeste de China. Debido a que los procesos por 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.

Las formaciones de bandas de hierro 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 Isua Greenstone Belt, el más antiguo conocido, que tiene una edad estimada de 3700 a 3800 Ma. Los depósitos de hierro en bandas de Temagami se formaron durante un período de 50 millones de años, de 2736 a 2687 Ma, y alcanzaron un espesor de 60 metros (200 pies). Otros ejemplos de BIF arqueanos tempranos se encuentran en los cinturones de piedra verde de Abitibi, los cinturones de piedra verde de los cratones de Yilgarn y Pilbara, el escudo báltico y los cratones del Amazonas, el norte de China y el sur y el oeste de África.

Las formaciones de hierro en bandas más extensas pertenecen a lo que A. F. Trendall llama los BIF del Gran Gondwana. Estos son de edad Arcaica tardía y no están asociados con cinturones de piedra verde. Están relativamente sin deformar y forman extensas mesetas topográficas, como Hamersley Range. Las formaciones de bandas de hierro aquí se depositaron entre 2470 y 2450 Ma y son las más gruesas y extensas del mundo, con un espesor máximo de más de 900 metros (3000 pies). Se encuentran BIF similares en la Formación Carajás del cratón del Amazonas, el Cauê Itabirite del cratón de São Francisco, la Formación de Hierro Kuruman y la Formación de Hierro Penge de Sudáfrica, y la Formación Mulaingiri de la India.

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

Las formaciones neoproterozoicas de hierro en bandas incluyen Urucum en Brasil, Rapitan en el Yukón y Damara Belt en el sur de África. Tienen un tamaño relativamente limitado, con extensiones horizontales de no más de unas pocas decenas de kilómetros y espesores de no más de unos 10 metros (33 pies). Se cree ampliamente que estos se depositaron bajo condiciones oceánicas anóxicas inusuales asociadas con la 'Tierra bola de nieve'.

Orígenes

Un cenicero esculpido de una forma suave de piedra de hierro de banda del Supergrupo Barbeton en Sudáfrica. Las capas rojas fueron colocadas cuando la cianobacteria fotosíntesis Arquea produjo oxígeno que reaccionó con compuestos de hierro disueltos en el agua, para formar óxido de hierro insoluble (fuera). Las capas blancas son sedimentos que se establecieron cuando no había oxígeno en el agua, o cuando se disolvió Fe²⁺ estaba temporalmente agotada.

La formación de bandas de hierro proporcionó parte de la primera evidencia del momento del Gran Evento de Oxigenación, 2400 Ma. Con su artículo de 1968 sobre la atmósfera primitiva y los océanos de la Tierra, Preston Cloud estableció el marco general que ha sido ampliamente aceptado, si no universalmente, para comprender la deposición de BIF.

Cloud postuló que las formaciones de bandas de hierro eran una consecuencia de las aguas anóxicas ricas en hierro de las profundidades del océano 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 lo habían hecho. enzimas evolucionadas (como la superóxido dismutasa) para vivir en un ambiente oxigenado. Dichos organismos habrían estado protegidos de su propio desperdicio de oxígeno a través de 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 se precipitó del agua de mar en forma de óxidos de hierro insolubles que se asentaron en el fondo del océano.

Cloud sugirió que las bandas eran el resultado de fluctuaciones en la población de cianobacterias debido al daño de los radicales libres por el oxígeno. Esto también explica la extensión relativamente limitada de los primeros depósitos del Arcaico. Se pensó 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 de cianobacterias que agotó rápidamente el suministro restante de hierro reducido y terminó con la mayor parte de la deposición de BIF. El oxígeno entonces comenzó a acumularse en la atmósfera.

Se abandonaron algunos detalles del modelo original de Cloud. Por ejemplo, la datación mejorada de los estratos precámbricos ha demostrado que el pico de deposición de BIF en el Arcaico tardío 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 adaptación del oxígeno. Sin embargo, sus conceptos generales continúan dando forma al pensamiento sobre los orígenes de las formaciones de bandas de hierro. En particular, el concepto de la surgencia del agua del océano profundo, rica en hierro reducido, en una capa superficial oxigenada pobre en hierro sigue siendo un elemento clave de la mayoría de las teorías de deposición.

Las pocas formaciones depositadas después de 1800 Ma pueden indicar niveles bajos intermitentes de oxígeno atmosférico libre, mientras que el pequeño pico en hace 750 millones de años puede estar asociado con la hipotética Snowball Earth.

Procesos de formación

Las microbandas dentro de las capas de pedernal son probablemente varvas producidas por variaciones anuales en la producción de oxígeno. La microbanda diurna requeriría una tasa muy alta de deposición 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 microsonda iónica de alta resolución sensible (SHRIMP) de la edad de los lechos de toba asociados sugieren una tasa de deposición en BIF típicos de 19 a 270 m/Ma, que son consistentes con varvas anuales o ritmitas producidas por ciclos de marea.

Cloud propuso que la mesobanda era el resultado del autoenvenenamiento por parte de las primeras cianobacterias, ya que el suministro de hierro reducido se agotaba periódicamente. El mesobanding también se ha interpretado como una estructura secundaria, que no está presente en los sedimentos como se depositaron originalmente, pero que se produce durante la compactación de los sedimentos. Otra teoría es que las mesobandas son estructuras primarias resultantes de pulsos de actividad a lo largo de las dorsales oceánicas que cambian la disponibilidad de hierro reducido en escalas de tiempo de décadas. 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 del oleaje tendía a segregar partículas de diferente tamaño y composición.

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

1. La cuenca de deposición debe contener aguas ferrugíneas (rico en hierro).
2. Esto implica que son también anoxicos, ya que el hierro ferroso oxida al hierro férrico dentro de horas o días en presencia de oxígeno disuelto. Esto evitaría el transporte de grandes cantidades de hierro de sus fuentes a la cuenca de deposición.
3. Las aguas no deben ser euxínicas (rico en sulfuro de hidrógeno), ya que esto haría que el hierro ferroso se precipitara como pirita.
4. Debe haber un mecanismo de oxidación activo dentro de la cuenca deposición que convierte constantemente el embalse de hierro ferroso a hierro férrico.

Fuente de hierro reducido

Los ventos hidrotermales fueron una fuente importante para el hierro reducido que posteriormente fue oxidado para formar formaciones de hierro forjado.

Debe haber una fuente amplia de hierro reducido que pueda circular libremente hacia el depósito de deposición. 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.

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 tipo Algoma y Lake Superior. 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. 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 erosionado de los continentes.

Ausencia de oxígeno o sulfuro de hidrógeno

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

El requisito de un océano profundo anóxico, pero no euxínico, para la deposición de la formación de bandas de hierro sugiere dos modelos para explicar el final de la deposición de BIF hace 1800 millones de años. El "océano de Holanda" El modelo propone que las profundidades del océano se oxigenaron lo suficiente en ese momento para terminar con el transporte de hierro reducido. Heinrich Holland argumenta que la ausencia de depósitos de manganeso durante la pausa entre los BIF del Paleoproterozoico y el Neoproterozoico es evidencia de que las profundidades del océano se habían oxigenado al menos ligeramente. El "océano de Canfield" El modelo propone que, por el contrario, el océano profundo se volvió euxínico y el transporte de hierro reducido fue bloqueado por la precipitación en forma de pirita.

Las formaciones de bandas de hierro en el norte de Minnesota están cubiertas por una gruesa capa de material eyectado del impacto de la cuenca de Sudbury. Un asteroide (estimado en 10 km de diámetro) impactó en aguas de unos 1000 m de profundidad hace 1849 millones de años, coincidiendo con la pausa en la deposición de BIF. Los modelos informáticos sugieren que el impacto habría generado un tsunami de al menos 1.000 metros de altura en el punto de impacto, y de 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 con la deposición de BIF poco después del impacto.

Oxidación

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

Fotosíntesis oxigénica

Especies de Cyanobacteria Cylindrospermum sp. bajo aumento

La hipótesis original de Cloud era que el hierro ferroso se oxidaba de manera sencilla por el oxígeno molecular presente en el agua:

4 Fe²⁺ + O₂ + 10 H₂O → 4 Fe(OH)₃ + 8 H⁺

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

Fotosíntesis anoxigénica

Una quemadura en Escocia con bacterias oxidantes de 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 fototrofos anoxigénicos microbianos. 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.

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 O₂ en la zona fótica) y oxidación fotosintética anoxigénica de Fe(II):

4 Fe²⁺ + 11 H₂O + CO₂ + hv → CH₂O + 4 Fe(OH)₃ + 8 H⁺

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

Una ruta alternativa es la oxidación por bacterias anaeróbicas desnitrificantes. Esto requiere que la fijación de nitrógeno por parte de los microorganismos también sea activa.

10 Fe²⁺ + 2 NO−3 + 24 H₂O → 10 Fe(OH)₃ + N₂ + 18 H⁺

Mecanismos abiogénicos

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. Por otro lado, existe evidencia fósil de abundantes cianobacterias fotosintéticas al comienzo de la deposición de BIF y de marcadores de hidrocarburos en lutitas dentro de la formación de bandas de hierro del cratón de Pilbara. El carbono que está presente en las formaciones de hierro bandeado está enriquecido en el isótopo ligero, ¹²C, 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:

6 Fe₂O₃ + C ⇌ 4 Fe₃O₄ + CO₂

Trendall y J.G. Blockley propuso, pero luego rechazó, la hipótesis de que la formación de bandas de hierro podría ser un tipo peculiar de evaporita precámbrica. Otros procesos abiogénicos propuestos incluyen la radiólisis por el isótopo radiactivo de potasio, ⁴⁰K, o la renovación anual del agua de la cuenca combinada con el afloramiento de agua rica en hierro en un océano estratificado.

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. Sin embargo, si el hierro provino de una fuente hidrotermal poco profunda, otros experimentos de laboratorio sugieren que la precipitación de hierro ferroso en forma de carbonatos o silicatos podría competir seriamente con la fotooxidación.

Diagénesis

Independientemente del mecanismo preciso de oxidación, la oxidación de hierro ferroso a hierro férrico probablemente hizo 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. 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 actuales. Los BIF de Hamersley Range 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, aparte de la deshidratación y descarbonización del hidróxido férrico original y los geles de sílice, la diagénesis probablemente dejó la composición inalterada y consistió en la cristalización de los geles originales. La descarbonización puede explicar la falta de carbono y la preponderancia de magnetita en las formaciones de hierro en bandas más antiguas. El contenido relativamente alto de hematita en los BIF del Neoproterozoico sugiere que se depositaron muy rápidamente y a través de un proceso que no produjo grandes cantidades de biomasa, por lo que había poco carbono presente para reducir la hematita a magnetita.

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

3 FeCO₃ + H₂O → Fe₃O₄ + 3 CO₂ + H₂

Es posible que el hierro haya precipitado originalmente como greenalita y otros silicatos de hierro. El macrobanding se interpreta 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.

El Gran Evento de Oxidación

El oxígeno (O2) se acumula en la atmósfera de la Tierra. Las líneas rojas y verdes representan el rango de las estimaciones mientras que el tiempo se mide en miles de millones de años atrás (Ga).
Los picos de deposición de hierro forjado al comienzo de la Etapa 2 y pausas al comienzo de la Etapa 3.

El pico de deposición de formaciones de hierro en bandas en el Arcaico tardío y el final de la deposición en el Orosirio 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 bandeado coincide con la desaparición de la señal MIF-S, lo que se interpreta como la aparición permanente de oxígeno en la atmósfera hace entre 2.410 y 2.350 millones de años. Esto estuvo 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 1850 millones de años se atribuye a la oxidación de las profundidades del océano.

Hipótesis de la Tierra Bola de Nieve

Neoarchean banded iron formation from northeastern Minnesota

Hasta 1992, se suponía que los depósitos de hierro en bandas raros y 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 el agua oxigenada. La hipótesis de la Tierra Bola de Nieve proporcionó una explicación alternativa para estos depósitos más jóvenes. En un estado de Tierra Bola de Nieve, los continentes, y posiblemente los mares en latitudes bajas, estuvieron sujetos a una edad de hielo severa alrededor de 750 a 580 Ma que agotó casi o totalmente el oxígeno libre. El hierro disuelto luego se acumuló en los océanos pobres en oxígeno (posiblemente de los respiraderos hidrotermales del fondo marino). Tras el deshielo de la Tierra, los mares se oxigenaron nuevamente provocando la precipitación del hierro. Las formaciones de bandas de hierro de este período están predominantemente asociadas con la glaciación de Sturtian.

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 cercanías de las zonas de grietas hidrotermalmente activas debido al vuelco térmico impulsado por los glaciares. La extensión limitada de estos BIF en comparación con los depósitos glaciares asociados, su asociación con formaciones volcánicas y la variación en espesor y facies favorecen esta hipótesis. Tal modo de formación no requiere un océano anóxico global, pero es consistente con un modelo de Tierra Bola de Nieve o Tierra Bola de Aguanieve.

Geología económica

Hull-Rust-Mahoning Open Pit Iron Mine en el rango de hierro

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

Distintos distritos mineros acuñaron sus propios nombres para los BIF. El término "formación de bandas de hierro" fue acuñado en los distritos de hierro del lago Superior, donde los depósitos de mineral de las cadenas de hierro de Mesabi, Marquette, Cuyuna, Gogebic y Menominee también se conocían como "jasper", "jaspilite", "formación ferrosa", o taconita. Las formaciones de hierro en bandas se describieron como "itabarita" en Brasil, como "ironstone" en Sudáfrica, y como "BHQ" (cuarcita de hematites en bandas) en la India.

La formación de hierro en bandas 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. Las operaciones de extracción de hierro en Mesabi y Cuyuna Ranges se convirtieron en enormes minas a cielo abierto, donde las palas mecánicas y otras máquinas industriales podían extraer cantidades masivas de mineral. Inicialmente, las minas explotaban grandes capas de hematita y goethita erosionadas de las formaciones de hierro en bandas, y unos 2500 millones de toneladas de este "mineral natural" había sido extraído en 1980. En 1956, la producción comercial a gran escala del propio BIF comenzó en la mina Peter Mitchell cerca de Babbitt, Minnesota. 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 EE. UU. 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.

Tom Price Mine, Hamersley Range, Australia

El mineral de hierro se convirtió en un producto básico mundial después de la Segunda Guerra Mundial y, con el final del embargo contra la exportación de mineral de hierro de Australia en 1960, Hamersley Range se convirtió en un importante distrito minero. Las formaciones de bandas de hierro aquí son las más gruesas y extensas del mundo, originalmente cubrían un área de 150 000 kilómetros cuadrados (58 000 millas cuadradas) y contenían alrededor de 300 billones de toneladas métricas de hierro. El rango contiene el 80 por ciento de todas las reservas de mineral de hierro identificadas en Australia. Cada año se extraen más de 100 millones de toneladas métricas de mineral de hierro de la gama.

Las formaciones de hierro con bandas de itabarita de Brasil cubren al menos 80 000 kilómetros cuadrados (31 000 millas cuadradas) y tienen hasta 600 metros (2000 pies) de espesor. Estos forman el Quadrilatero Ferrifero o Iron Quadrangle, que se asemeja a las minas de Iron Range de los Estados Unidos en que el mineral favorito es la hematita erosionada de los BIF. La producción del Iron Quadrangle ayuda a que Brasil sea el segundo mayor productor de mineral de hierro después de Australia, con exportaciones mensuales promedio de 139 299 toneladas métricas desde diciembre de 2007 hasta mayo de 2018.

Mina de mineral de hierro fundido 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. Guerra Mundial. La producción total de hierro procesado en Manchuria alcanzó 1.000.000 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. 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.