条带状铁建造消失之谜:铁-硅互层机制研究进展与展望

作     者：王瑞敏 沈冰 WANG Ruimin;SHEN Bing

作者机构：北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871 

出 版 物：《地学前缘》 (Earth Science Frontiers)

年 卷 期：2024年第31卷第1期

页      面：111-126页

核心收录：

学科分类：070902[理学-地球化学] 0709[理学-地质学] 07[理学] 

基　　金：科学技术部重点研发计划项目(2021YFA0718200) 国家自然科学基金项目(42225304) 

主　　题：条带状铁建造 铁循环 硅循环 韵律层沉积 前寒武纪 

摘      要：条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关。BIF在3.8 Ga首次出现,并在第一次大氧化事件前大量形成,在1.8~0.8 Ga沉积中断,而在成冰纪雪球地球冰期中复现,最终消失在显生宙的氧化海洋中。传统模型认为BIF的出现与消失主要受控于海洋中Fe(Ⅱ)离子的含量。在1.8~0.8 Ga期间,构造-岩浆-热液活动减弱,海洋氧化还原剧变(氧化/硫化)导致海水中的Fe(Ⅱ)被大量耗尽,BIF消失。然而,地球化学证据表明中元古代深海区域仍处于铁化状态,即Fe(Ⅱ)可以稳定存在的氧化还原状态;沉积学证据也表明中元古代仍有大量的铁岩沉积。这些富铁沉积的大量出现,表明中元古代的海洋仍具有沉积铁岩/富铁层的条件,只是不再出现BIF这种“铁-硅互层的韵律沉积。因此,BIF在1.8~0.8 Ga的沉积中断并不是由Fe(Ⅱ)耗尽造成的,而很可能与海水中铁-硅循环变化导致“铁-硅互层沉积模式的改变有关。本文对BIF的地质学特征进行了概述,深入探讨了BIF中富铁-富硅层的沉积模式,并从Fe(Ⅱ)的来源差异和Fe(Ⅱ)的氧化差异及Fe(Ⅲ)的保存差异3方面全面综述了BIF “铁-硅互层机制的研究进展。在此基础上,尝试找出解决中元古代BIF消失之谜的可能方向。最后,对BIF的成因机制所承载的前寒武纪铁-硅生物地球化学循环、早期地球演化过程和早期生命信息等方面提出展望。