Formación de hierro bandeado

Las formaciones de hierro bandeado ( FIB ; también llamadas formaciones de hierro bandeado ) son unidades distintivas de roca sedimentaria que consisten en capas alternas de óxidos de hierro y sílex pobre en hierro . Pueden alcanzar varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente por 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 3700  millones de años ( Ma ), están asociadas con formaciones de hierro bandeado.

Se postula que las formaciones de hierro bandeado se formaron en el agua de mar como resultado de la producción de oxígeno por cianobacterias fotosintéticas . El oxígeno se combinó con el hierro disuelto en los océanos terrestres para formar óxidos de hierro insolubles, que precipitaron, formando una fina capa en el fondo marino. Cada banda es similar a una varva , resultado de variaciones cíclicas en la producción de oxígeno.

Las formaciones de hierro bandeado se descubrieron por primera vez en el norte de Michigan en 1844. Estas formaciones representan más del 60 % de las reservas mundiales de hierro y constituyen la mayor parte del mineral de hierro que se extrae actualmente. La mayoría de estas formaciones se encuentran en Australia , Brasil , Canadá , India , Rusia , Sudáfrica , Ucrania y Estados Unidos .

Una formación típica de hierro bandeado consiste en capas delgadas y repetidas ( _de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros de espesor) de óxidos de hierro _{plateados a negros} , ya sea magnetita (Fe₃O₄ ₎ o hematita (Fe₂O₃ ) , que se alternan con bandas de sílex pobre en hierro , a menudo de color rojo, de espesor similar. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Una sola formación de hierro bandeado puede tener hasta varios cientos de metros de espesor y extenderse lateralmente por varios cientos de kilómetros. ^{[ 5 ]}

La formación de hierro bandeado se define con mayor precisión como roca sedimentaria precipitada químicamente que contiene más del 15 % de hierro . Sin embargo, la mayoría de las BIF tienen un contenido de hierro más alto, típicamente alrededor del 30 % en masa, de modo que aproximadamente la mitad de la roca es óxidos de hierro y la otra mitad es sílice. ^{[ 5 ] [ 6 ]} El hierro en las 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) suele variar de 0,3 a 0,6. Esto indica un predominio de magnetita, en la que la relación es 0,67, sobre hematita, para la cual la relación es 1. ^{[ 4 ]} Además de los óxidos de hierro (hematita y magnetita), el sedimento de hierro puede contener los carbonatos ricos en hierro siderita y ankerita , o los silicatos ricos en hierro minnesotaíta y greenalita . La mayoría de las BIF son químicamente simples, conteniendo poco más que óxidos de hierro, sílice y carbonato menor, ^{[ 5 ]} aunque algunas contienen calcio y magnesio significativos, hasta un 9% y un 6,7% como óxidos respectivamente. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

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

Una formación de hierro bandeado bien conservada suele consistir en macrobandas de varios metros de espesor separadas por finas capas de lutita . Las macrobandas, a su vez, están compuestas por capas alternas características de sílex y óxidos de hierro, llamadas mesobandas , de varios milímetros a unos pocos centímetros de espesor. Muchas de las mesobandas de sílex contienen microbandas de óxidos de hierro de menos de un milímetro de espesor, mientras que las mesobandas de hierro son relativamente lisas. Las formaciones de hierro bandeado tienden a ser extremadamente duras, resistentes y densas, lo que las hace altamente resistentes a la erosión, y muestran finos detalles de estratificación a lo largo de grandes distancias, lo que sugiere que se depositaron en un ambiente de muy baja energía; es decir, en aguas relativamente profundas, sin perturbaciones por el oleaje ni las corrientes. ^{[ 2 ]} Las formaciones de hierro bandeado rara vez se intercalan con otros tipos de roca, tendiendo a formar unidades discretas bien delimitadas que nunca pasan lateralmente a otros tipos de roca. ^{[ 5 ]}

Las formaciones de hierro bandeado de la región de los Grandes Lagos y la Formación Frere del oeste de Australia son algo diferentes en carácter 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 microbandeo en sus mesobandas de sílex. También muestran un mesobandeo más irregular, con indicios de rizaduras y otras estructuras sedimentarias , y sus mesobandas no se pueden rastrear a gran distancia. Aunque forman unidades discretas bien definidas, estas suelen estar intercaladas con sedimentos epiclásticos de grano grueso a medio (sedimentos formados por la meteorización de la roca). Estas características sugieren un ambiente deposicional de mayor energía , en aguas menos profundas perturbadas por el oleaje. Sin embargo, por lo demás se asemejan a otras formaciones de hierro bandeado. ^{[ 7 ]}

La gran mayoría de las formaciones de hierro bandeado son de edad Arcaica o Paleoproterozoica . Sin embargo, un pequeño número de BIF son de edad Neoproterozoica y frecuentemente, ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 11 ]} si no universalmente, ^{[ 12 ]} están asociadas con depósitos glaciares, a menudo conteniendo clastos glaciales . ^{[ 8 ]} También tienden a mostrar un mayor nivel de oxidación, con hematita predominando sobre magnetita, ^{[ 10 ]} y típicamente contienen una pequeña cantidad de fosfato, alrededor del 1% en masa. ^{[ 10 ]} El mesobandado suele ser pobre o inexistente ^{[ 13 ]} y las estructuras de deformación de sedimentos blandos son comunes. Esto sugiere una deposición muy rápida. ^{[ 14 ]} Sin embargo, al igual que las formaciones de hierro granular de los Grandes Lagos, los yacimientos Neoproterozoicos se describen ampliamente como formaciones de hierro bandeado. ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 14 ] [ 4 ] [ 15 ] [ 16 ]}

Las formaciones de hierro bandeado se distinguen de la mayoría de las rocas ferruginosas del Fanerozoico . Estas rocas son relativamente raras y se cree que se depositaron durante eventos anóxicos marinos , en los que la cuenca de sedimentación se agotó en oxígeno libre . Están compuestas de silicatos y óxidos de hierro sin sílex apreciable, pero con un contenido significativo de fósforo , del cual carecen las formaciones de hierro bandeado (BIF). ^{[ 11 ]}

Ningún esquema de clasificación para las formaciones de hierro bandeado ha obtenido 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 que representaban diferentes profundidades de deposición, ^{[ 1 ]} pero este modelo especulativo no se sostuvo. ^{[ 5 ]} En 1980, Gordon A. Gross abogó por una división doble de las BIF en un tipo Algoma y un tipo Lago Superior, basándose en el carácter de la cuenca deposicional. Las BIF de Algoma se encuentran en cuencas relativamente pequeñas en asociación con grauvacas y otras rocas volcánicas y se supone que están asociadas con centros volcánicos. Las BIF del Lago Superior se encuentran en cuencas más grandes en asociación con lutitas negras, cuarcitas y dolomitas , con tobas u otras rocas volcánicas relativamente menores , y se supone que se formaron en una plataforma continental . ^{[ 17 ]} Esta clasificación ha sido más ampliamente aceptada, pero la falta de comprensión de que se basa estrictamente en las características de la cuenca de sedimentación y no en la litología de la BIF en sí ha generado confusión, y algunos geólogos han abogado por su abandono. ^{[ 2 ] [ 5 ]} Sin embargo, la clasificación en tipos de Algoma versus Lago Superior continúa utilizándose. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Ubicación de los yacimientos. El color indica el tipo dominante. Amarillo claro = formaciones del Arcaico antiguo; amarillo oscuro = formaciones del Gran Gondwana; marrón = formaciones de hierro granular; rojo = formaciones de la Tierra Bola de Nieve.

Las formaciones de hierro bandeado son casi exclusivamente de edad precámbrica , con la mayoría de los depósitos datando del Arcaico tardío (2800–2500 Ma) con un pico secundario de deposición en el período Orosiriense del Paleoproterozoico (1850 Ma). Se depositaron cantidades menores en el Arcaico temprano y en el Neoproterozoico (750 Ma). ^{[ 5 ] [ 4 ]} La formación de hierro bandeado más joven conocida es una formación del Cámbrico temprano en el oeste de China. ^{[ 16 ]} Debido a que los procesos por los cuales se forman las BIF parecen estar restringidos al tiempo geológico temprano, y pueden reflejar condiciones únicas del mundo precámbrico, han sido estudiadas intensamente por los geólogos. ^{[ 5 ] [ 4 ]}

Las formaciones de hierro bandeado se encuentran en todo el mundo, en todos los escudos continentales de todos los continentes. Las BIF más antiguas están asociadas con cinturones de rocas verdes e incluyen las BIF del Cinturón de Rocas Verdes de Isua , las más antiguas conocidas, que tienen una edad estimada de 3700 a 3800 Ma. ^{[ 5 ] [ 20 ]} Los depósitos de hierro bandeado de Temagami ^{[ 21 ]} se formaron durante un período de 50 millones de años, de 2736 a 2687 Ma, y alcanzaron un espesor de 60 metros (200 pies) . ^{[ 22 ]} Otros ejemplos de BIF del Arcaico temprano se encuentran en los cinturones de rocas verdes de Abitibi , los cinturones de rocas verdes de los cratones de Yilgarn y Pilbara , el Escudo Báltico y los cratones del Amazonas , el norte de China y el sur y oeste de África. ^{[ 5 ]}

Las formaciones de hierro bandeado más extensas pertenecen a lo que AF Trendall denomina las BIF del Gran Gondwana . Estas son de edad Arcaica tardía y no están asociadas con cinturones de rocas verdes. Son relativamente indeformadas y forman extensas mesetas topográficas, ^{[ 2 ]} como la Cordillera Hamersley . ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Las formaciones de hierro bandeado aquí se depositaron entre 2470 y 2450 Ma y son las más gruesas y extensas del mundo, ^{[ 4 ] [ 26 ]} con un espesor máximo superior a 900 metros (3000 pies) . ^{[ 7 ]} Se encuentran BIF similares en la Formación Carajás del cratón amazónico, la Itabirita Cauê 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 . ^{[ 5 ]}

Las formaciones de hierro bandeado paleoproterozoicas 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 Vermilion , la Cordillera Gunflint y la Cordillera Cuyuna . Todas son parte del Grupo Animikie y se depositaron entre 2500 y 1800 Ma. ^{[ 27 ]} Estas BIF son predominantemente formaciones de hierro granular. ^{[ 5 ]}

Las formaciones de hierro bandeado del Neoproterozoico incluyen el Urucum en Brasil, el Rapitan en el Yukón y el Cinturón de Damara en el sur de África. ^{[ 5 ]} Son relativamente limitadas en tamaño, con extensiones horizontales que no superan unas pocas decenas de kilómetros y espesores que no exceden los 10 metros (33 pies) . ^{[ 10 ]} Se cree ampliamente que se depositaron bajo condiciones oceánicas anóxicas inusuales asociadas con la " Tierra Bola de Nieve ". ^{[ 2 ]}

La formación de hierro bandeado proporcionó algunas de las primeras evidencias sobre la cronología del Gran Evento de Oxidación , 2400  Ma. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Con su artículo de 1968 sobre la atmósfera y los océanos primitivos de la Tierra, ^{[ 31 ]} Preston Cloud estableció el marco general que ha sido ampliamente, si no universalmente, ^{[ 32 ] [ 33 ]} aceptado para comprender la deposición de BIF. ^{[ 5 ] [ 4 ]}

Cloud postuló que las formaciones de hierro bandeado eran consecuencia de aguas anóxicas ricas en hierro provenientes de las profundidades oceánicas que ascendían a una zona fótica habitada por cianobacterias que habían desarrollado la capacidad de realizar fotosíntesis productora de oxígeno, pero que aún no habían desarrollado enzimas (como la superóxido dismutasa ) para vivir en un ambiente oxigenado. Estos organismos habrían estado protegidos de sus propios desechos de oxígeno gracias a su rápida eliminación a través del reservorio de hierro ferroso reducido, Fe(II), en el océano primitivo. El oxígeno liberado por la fotosíntesis oxidaba el Fe(II) a hierro férrico, Fe(III), que precipitaba del agua de mar como óxidos de hierro insolubles que se depositaban en el fondo oceánico. ^{[ 31 ] [ 29 ]}

Cloud sugirió que la formación de bandas se debía a fluctuaciones en la población de cianobacterias causadas por el daño de los radicales libres del oxígeno. Esto también explicaba la extensión relativamente limitada de los depósitos del Arcaico temprano. Se creía que el gran pico en la deposición de BIF al final del Arcaico era el resultado de la evolución de mecanismos para vivir con oxígeno. Esto puso fin a la autointoxicación 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. Entonces, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera. ^{[ 31 ] [ 29 ]}

Algunos detalles del modelo original de Cloud fueron descartados. Por ejemplo, una datación más precisa de los estratos precámbricos ha demostrado que el pico de deposición de BIF del Arcaico tardío se extendió a lo largo de decenas de millones de años, en lugar de ocurrir en un intervalo de tiempo muy corto tras la evolución de los mecanismos de adaptación al oxígeno. Sin embargo, sus conceptos generales siguen influyendo en la comprensión del origen de las formaciones de hierro bandeado. ^{[ 2 ]} En particular, el concepto del afloramiento de agua oceánica profunda, rica en hierro reducido, hacia una capa superficial oxigenada pobre en hierro, sigue siendo un elemento clave de la mayoría de las teorías de deposición. ^{[ 5 ] [ 34 ]}

Las pocas formaciones depositadas después de 1800 Ma ^{[ 35 ]} pueden indicar niveles bajos intermitentes de oxígeno atmosférico libre, ^{[ 36 ]} mientras que el pequeño pico hace 750 millones de años puede estar asociado con la hipotética Tierra Bola de Nieve. ^{[ 37 ]}  

Procesos de formación

Las microbandas dentro de las capas de sílex son muy probablemente varvas producidas por variaciones anuales en la producción de oxígeno. La microbanda diurna  requeriría 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 estimaciones de la edad de los estratos de toba asociados mediante microsonda iónica de alta resolución (SHRIMP) 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 mareales. ^{[ 5 ]}

Preston Cloud propuso que la formación de mesobandas era resultado de la autointoxicación de las cianobacterias primitivas a medida que el suministro de hierro reducido se agotaba periódicamente. ^{[ 29 ]} La formación de mesobandas también se ha interpretado como una estructura secundaria, no presente en los sedimentos tal como se depositaron originalmente, sino producida durante la compactación de los sedimentos. ^{[ 5 ]} 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. ^{[ 38 ]} 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 bandeado, deben cumplirse varias condiciones previas. ^{[ 13 ]}

1. La cuenca de sedimentación 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 cuestión de horas o días en presencia de oxígeno disuelto. Esto impediría el transporte de grandes cantidades de hierro desde sus fuentes hasta la cuenca de sedimentación.
3. Las aguas no deben ser euxínicas (ricas en sulfuro de hidrógeno ), ya que esto provocaría que el hierro ferroso precipitara en forma de pirita .
4. Debe existir un mecanismo de oxidación activo dentro de la cuenca de sedimentación que convierta progresivamente el reservorio de hierro ferroso en hierro férrico.

Fuente de hierro reducido

Debe existir una fuente abundante de hierro reducido que pueda circular libremente hacia la cuenca de sedimentación. ^{[ 5 ]} Entre las fuentes plausibles de hierro se incluyen las chimeneas hidrotermales a lo largo de las dorsales oceánicas, el polvo arrastrado por el viento, los ríos, el hielo glaciar y las filtraciones de los márgenes continentales. ^{[ 13 ]}

La importancia de las diversas fuentes de hierro reducido probablemente ha cambiado drásticamente a lo largo del tiempo geológico. Esto se refleja en la división de las BIF en depósitos de tipo Algoma y Lago Superior. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} Las BIF de tipo Algoma se formaron principalmente en el Arcaico. Estas BIF más antiguas tienden a mostrar una anomalía positiva de europio consistente con una fuente hidrotermal de hierro. ^{[ 4 ]} Por el contrario, las formaciones de hierro bandeado de tipo Lago Superior se formaron principalmente durante la era Paleoproterozoica y carecen de las anomalías de europio de las BIF más antiguas de tipo Algoma, lo que sugiere un aporte mucho mayor de hierro meteorizado de los continentes. ^{[ 8 ] [ 42 ] [ 4 ]}

Ausencia de oxígeno o sulfuro de hidrógeno

La ausencia de sulfuro de hidrógeno en aguas oceánicas anóxicas puede explicarse por una reducción del flujo de azufre hacia las profundidades oceánicas o por la falta de reducción disimilatoria de sulfato (RDS), el proceso mediante el cual los microorganismos utilizan sulfato en lugar de oxígeno para la respiración. El producto de la RDS es sulfuro de hidrógeno, que precipita fácilmente el hierro de la solución en forma de pirita. ^{[ 30 ]}

El requisito de un océano profundo anóxico, pero no euxínico, para la deposición de formaciones de hierro bandeado sugiere dos modelos para explicar el fin de la deposición de BIF hace 1.800 millones de años. El modelo del "océano de Holland" propone que el océano profundo se oxigenó lo suficiente en ese momento como para detener el transporte de hierro reducido. Heinrich Holland argumenta que la ausencia de depósitos de manganeso durante la pausa entre las BIF del Paleoproterozoico y el Neoproterozoico es evidencia de que el océano profundo se había oxigenado al menos ligeramente. El modelo del " océano de Canfield " propone que, por el contrario, el océano profundo se volvió euxínico y el transporte de hierro reducido se bloqueó por la precipitación en forma de pirita. ^{[ 30 ]}

Las formaciones de hierro bandeado en el norte de Minnesota están cubiertas por una gruesa capa de material eyectado del impacto en la cuenca de Sudbury . Un asteroide (con un diámetro estimado de 10 km ) impactó en aguas de aproximadamente 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 1000 m de altura en el punto de impacto y de 100 m a unos 3000 km de distancia . Se ha sugerido que las inmensas olas y los grandes deslizamientos submarinos provocados por el impacto causaron la mezcla de un océano previamente estratificado, oxigenaron las profundidades oceánicas y detuvieron la deposición de BIF poco después del impacto. ^{[ 35 ]}          

Oxidación

Aunque Cloud argumentó que la actividad microbiana era un proceso clave en la deposición de la formación de hierro bandeado, 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

La hipótesis original de Cloud era que el hierro ferroso se oxidaba de manera directa por el oxígeno molecular presente en el agua: ^{[ 29 ] [ 13 ]}

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

El oxígeno proviene de la actividad fotosintética de las cianobacterias. ^{[ 13 ]} La oxidación del hierro ferroso puede haberse acelerado por bacterias aerobias oxidantes de hierro, que pueden aumentar las tasas de oxidación hasta 50 veces en condiciones de bajo oxígeno. ^{[ 13 ]}

fotosíntesis anoxigénica

La fotosíntesis oxigénica no es el único mecanismo biogénico para la deposición de formaciones de hierro bandeado. Algunos geoquímicos han sugerido que estas formaciones podrían formarse por oxidación directa del hierro por fotótrofos anoxigénicos microbianos . ^{[ 43 ]} Las concentraciones de fósforo y metales traza en las formaciones de hierro bandeado son consistentes con la precipitación a través de la actividad de bacterias oxidantes de hierro. ^{[ 44 ]}

Las proporciones de isótopos de hierro en las formaciones de hierro bandeado 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): ^{[ 20 ] [ 13 ]}

4 Fe ²⁺ + 11 H ₂ O + CO ₂ + hv → CH ₂ O + 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 estuviera generalizada. ^{[ 20 ]} Por el contrario, las formaciones de hierro bandeado tipo Lago Superior muestran proporciones de isótopos de hierro que sugieren que la reducción disimilatoria de hierro se expandió enormemente durante este período. ^{[ 45 ]}

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 ₂ O → 10 Fe(OH) ₃ + N ₂ + 18 H ⁺

Mecanismos abiogénicos

La falta de carbono orgánico en la formación de hierro bandeado argumenta en contra del control microbiano de la deposición de BIF. ^{[ 46 ]} Por otro lado, hay evidencia fósil de abundantes cianobacterias fotosintéticas al comienzo de la deposición de BIF ^{[ 5 ]} y de marcadores de hidrocarburos en lutitas dentro de la formación de hierro bandeado del cratón de Pilbara. ^{[ 47 ]} El carbono que está presente en las formaciones de hierro bandeado está enriquecido en el isótopo ligero, ¹² C, un indicador de un 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 ₂ O ₃ + C ⇌ 4 Fe ₃ O ₄ + CO ₂

Trendall y JG Blockley propusieron, pero luego rechazaron, la hipótesis de que la formación de hierro bandeado podría ser un tipo peculiar de evaporita precámbrica . ^{[ 5 ]} Otros procesos abiogénicos propuestos incluyen la radiólisis por el isótopo radiactivo de potasio , ⁴⁰ K, ^{[ 48 ]} o la renovación anual del agua de la cuenca combinada con el afloramiento de agua rica en hierro en un océano estratificado. ^{[ 46 ]}

Otro mecanismo abiogénico es la oxidación fotoquímica del Fe(II) por la luz solar. Experimentos de laboratorio sugieren que esto podría producir una tasa de deposición suficientemente alta en condiciones probables de pH y luz solar. ^{[ 49 ] [ 50 ]} Sin embargo, si el hierro proviniera de una fuente hidrotermal superficial, otros experimentos de laboratorio sugieren que la precipitación de hierro ferroso como carbonatos o silicatos podría competir seriamente con la fotooxidación. ^{[ 51 ]}

Diagénesis

Independientemente del mecanismo preciso de oxidación, es probable que la oxidación del hierro ferroso a férrico haya provocado la precipitación del hierro en forma de gel de hidróxido férrico . De manera similar, es probable que el componente de sílice de las formaciones de hierro bandeado haya precipitado como un gel de sílice hidratado. ^{[ 5 ]} La conversión de hidróxido de hierro y geles de sílice en formaciones de hierro bandeado es un ejemplo de diagénesis , la transformación de sedimentos en roca sólida.

Hay evidencia de que las formaciones de hierro bandeado se formaron a partir de sedimentos con una composición química casi idéntica a la que se encuentra en las BIF actuales. Las 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, aparte de la deshidratación y descarbonización del hidróxido férrico y los geles de sílice originales, la diagénesis probablemente dejó la composición inalterada y consistió en la cristalización de los geles originales. ^{[ 5 ]} La descarbonización puede explicar la falta de carbono y la preponderancia de magnetita en las formaciones de hierro bandeado más antiguas. ^{[ 2 ]} El contenido relativamente alto de hematita en las BIF neoproterozoicas 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 se haya alterado a partir de roca carbonatada ^{[ 52 ]} o de lodo hidrotermal ^{[ 53 ]} durante las últimas etapas de la diagénesis. Un estudio de 2018 no encontró evidencia de que la magnetita en el 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 FeCO ₃ + H ₂ O → Fe ₃ O ₄ + 3 CO ₂ + H ₂

Es posible que el hierro se haya precipitado originalmente como greenalita y otros silicatos de hierro. La macrobanda 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. ^{[ 54 ]}

Gran evento de oxidación

El pico de deposición de formaciones de hierro bandeado a finales del Arcaico y el final de la deposición en el Orosiriense se han interpretado como marcadores del Gran Evento de Oxigenación. Antes de hace 2450 millones de años, el alto grado de fraccionamiento independiente de la masa del azufre (MIF-S) indica una atmósfera extremadamente pobre en oxígeno. El pico de deposición de formaciones 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 entre hace 2410 y 2350 millones de años. Esto estuvo acompañado por el desarrollo de un océano estratificado con una capa anóxica profunda y una capa oxidada superficial. El final de la deposición de BIF hace 1850 millones de años se atribuye a la oxidación del océano profundo. ^{[ 30 ]}

hipótesis de la Tierra bola de nieve

Hasta 1992 ^{[ 55 ]} se asumió que los raros depósitos de hierro bandeado posteriores (más jóvenes) representaban condiciones inusuales donde el oxígeno se agotó 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 Tierra Bola de Nieve, los continentes, y posiblemente los mares en latitudes bajas, estuvieron sujetos a una severa edad de hielo alrededor de 750 a 580 Ma que agotó casi o totalmente el oxígeno libre. El hierro disuelto se acumuló entonces en los océanos pobres en oxígeno (posiblemente de fuentes hidrotermales del fondo marino). ^{[ 56 ]} Tras el deshielo de la Tierra, los mares se oxigenaron una vez más, causando la precipitación del hierro. ^{[ 5 ] [ 4 ]} Las formaciones de hierro bandeado de este período están predominantemente asociadas con la glaciación Sturtiana . ^{[ 57 ] [ 13 ]}

Un mecanismo alternativo para las formaciones de hierro bandeado 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 rift hidrotermalmente activas ^{[ 58 ]} debido a la inversión térmica impulsada por los glaciares. ^{[ 59 ] [ 57 ]} La extensión limitada de estas BIF en comparación con los depósitos glaciares asociados, su asociación con formaciones volcánicas y la variación en espesor y facies favorecen esta hipótesis. Este modo de formación no requiere un océano anóxico global, pero es consistente con un modelo de Tierra Bola de Nieve o Tierra Bola de Lodo . ^{[ 59 ] [ 13 ]}

Las formaciones de hierro bandeado 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 formaciones de hierro bandeado, la mayoría de las cuales se pueden encontrar en Australia, Brasil, Canadá, India, Rusia, Sudáfrica, Ucrania y Estados Unidos. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

Diferentes distritos mineros acuñaron sus propios nombres para las formaciones de hierro bandeado (BIF, por sus siglas en inglés). El término "formación de hierro bandeado" se acuñó en los distritos de hierro del lago Superior , donde los depósitos de mineral de las cordilleras de Mesabi, Marquette , Cuyuna, Gogebic y Menominee también se conocían con diversos nombres como "jaspe", "jaspilita", "formación portadora de hierro" o taconita . Las formaciones de hierro bandeado se describían como "itabarita" en Brasil, como "piedra de hierro" en Sudáfrica y como "BHQ" (cuarcita hematita bandeada) en India. ^{[ 6 ]}

La formación de hierro bandeado se descubrió por primera vez en el norte de Michigan en 1844, y la explotación de estos depósitos impulsó los primeros estudios de BIF, como los de Charles R. Van Hise y Charles Kenneth Leith . ^{[ 5 ]} Las operaciones mineras de hierro en las cordilleras de Mesabi y Cuyuna evolucionaron hasta convertirse en enormes minas a cielo abierto , donde las palas de vapor y otras máquinas industriales podían extraer cantidades masivas de mineral. Inicialmente, las minas explotaron grandes lechos de hematita y goetita erosionados de las formaciones de hierro bandeado, y para 1980 se habían extraído unos 2.500.000.000 t (2,5 × 10 ⁹ toneladas largas; 2,8 × 10 ⁹ toneladas cortas) de este "mineral natural". ^{[ 60 ]} Para 1956, la producción comercial a gran escala del propio BIF comenzó en la mina Peter Mitchell cerca de Babbitt, Minnesota . ^{[ 61 ]} La producción en Minnesota fue de 40 000 000 t (39 000 000 toneladas largas; 44 000 000 toneladas cortas) de concentrado de mineral por año en 2016, lo que representa aproximadamente el 75 % de la producción total de EE. UU. ^{[ 60 ]} La formación de hierro bandeado rica en magnetita, conocida localmente como taconita, se muele hasta convertirla en polvo, y la magnetita se separa con potentes imanes y se peletiza para su envío y fundición. ^{[ 62 ]}  

El mineral de hierro se convirtió en una materia prima global después de la Segunda Guerra Mundial , y con el fin del embargo a la exportación de mineral de hierro desde Australia en 1960, la cordillera de Hamersley se convirtió en un importante distrito minero. ^{[ 5 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Las formaciones de hierro bandeado aquí son las más gruesas y extensas del mundo, ^{[ 4 ] [ 26 ]} originalmente cubrían un área de 150 000 kilómetros cuadrados (58 000 millas cuadradas) y contenían alrededor de 300 000 000 000 t (3,0 × 10 ¹¹ toneladas largas; 3,3 × 10 ¹¹ toneladas cortas) de hierro. ^{[ 26 ]} La cordillera contiene el 80 por ciento de todas las reservas de mineral de hierro identificadas en Australia. ^{[ 63 ]} Cada año se extraen de la zona más de 100.000.000 t (98.000.000 toneladas largas; 110.000.000 toneladas cortas) de mineral de hierro. ^{[ 64 ]}  

Las formaciones de hierro bandeado de itabarita de Brasil cubren al menos 80 000 kilómetros cuadrados (31 000 millas cuadradas) y alcanzan hasta 600 metros (2000 pies) de espesor. ^{[ 7 ]} Estas forman el Cuadrilátero Ferrífero o Cuadrángulo de Hierro , que se asemeja a las minas de Iron Range de Estados Unidos en que el mineral preferido es la hematita erosionada de las BIF. ^{[ 65 ]} La producción del Cuadrilátero de Hierro contribuye a que Brasil sea el segundo mayor productor de mineral de hierro después de Australia, con exportaciones mensuales que promediaron 139 299 t (137 099 toneladas largas; 153 551 toneladas cortas) desde diciembre de 2007 hasta mayo de 2018. ^{[ 66 ]} 

La extracción de mineral de las formaciones de hierro bandeado en Anshan , en el norte de China, comenzó en 1918. Cuando Japón ocupó el noreste de China en 1931, estas fábricas 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 1.000.000 t (980.000 toneladas largas; 1.100.000 toneladas cortas) en 1931-1932. Para 1942, la capacidad de producción total de la acería Shōwa de Anshan alcanzó 3.600.000 t (3.500.000 toneladas largas; 4.000.000 toneladas cortas) por año, lo que la convirtió en uno de los principales centros de hierro y acero del mundo. ^{[ 67 ]} La producción se vio gravemente interrumpida durante la ocupación soviética de Manchuria en 1945 y la posterior Guerra Civil China . Sin embargo, entre 1948 y 2001, la acería produjo 290 millones de toneladas de acero, 284 millones de toneladas de arrabio y 192 millones de toneladas de acero laminado . Capacidad de producción anual a partir de 2006 .     son 10.000.000 t (9.800.000 toneladas largas; 11.000.000 toneladas cortas) de arrabio, 10.000.000 t (9.800.000 toneladas largas; 11.000.000 toneladas cortas) de acero y 9.500.000 t (9.300.000 toneladas largas; 10.500.000 toneladas cortas) de acero laminado. Una cuarta parte de las reservas totales de mineral de hierro de China, aproximadamente 10.000.000.000 t (9,8 × 10⁹ toneladas ^largas ; 1,1 × 10¹⁰ toneladas cortas) ^, se encuentran en Anshan. ^{[ 68 ]}    

• Rocas sedimentarias ricas en hierro : rocas sedimentarias que contienen un 15 % en peso o más de hierro. 
• Estromatolito – Estructura sedimentaria en capas 

• Contenido multimedia relacionado con las formaciones de hierro bandeado en Wikimedia Commons.
• Formación de hierro bandeado en la Encyclopædia Britannica
• "Jaspilita"  . Enciclopedia Americana . 1920.