Båndmalm

Båndjernmalm fra Nord-Amerika, 2,1 milliarder år gammel
Båndmalm fra Moories Group i Barberton Greenstone Belt , Sør-Afrika (3,15 milliarder år gammel)
Båndjernmalm fra Upper Michigan, USA
Båndjernmalm med deformert laminering (polert)

En båndmalm er en jernholdig, marine sedimentær stein som hovedsakelig ble avsatt i prekambrium og som har en karakteristisk lagstruktur på grunn av metallholdige lag. I seksjonen vinkelrett på stratifiseringen vises lagene, som hovedsakelig består av jernmineraler, som en båndstruktur som malmen skylder navnet sitt på tysk og engelsk ( Banded Iron Formation , forkortet BIF).

opprinnelse

Båndmalmer stammer fra Archean (3800 til 2500 millioner år siden) og i Proterozoic (2500 til 1800 millioner år siden). Jernet sluppet ut i havet i løpet av ubåtvulkanisme og muligens jernet som kom inn i den gratis forvitringssyklusen på jorden på grunn av forskjellige årsaker, forble oppløst i sjøvannet i form av toverdige ioner før denne tiden . Det ble ikke umiddelbart oksidert til treverdig jern av det frie oksygenet (O 2 , Dioxygen) i sjøen og atmosfæren , som ville blitt utskilt ( utfelt ) i form av forbindelser som var vanskelige å oppløse i vann . Trivalent jern ble ikke dannet på grunn av mangel på O 2 i sjøvannet og atmosfæren, men i stedet akkumulerte toverdig jern til det ble bundet av forskjellige prosesser og samlet i tynne lag på havbunnen. For rundt 3800 millioner år siden utviklet oksygenfototrofe mikroorganismer , sannsynligvis forfedrene til dagens cyanobakterier , en form for fotosyntese der O 2 ble dannet som et avfallsprodukt (såkalt oksygenisk fotosyntese). Fra den tiden ble det toverdige jern oksidert til treverdig og utfelt i form av hydroksider og oksider som ble avsatt i lag. Denne prosessen forbrukte mikrobielt produsert oksygen i store mengder. Prosessen skjedde syklisk over en periode på flere 100 millioner år, hvor det mikrobielt dannede frie oksygen alltid var fullstendig bundet av oksidasjonen av det oppløste jernet. Årsakene til det sykliske løpet av jernutfelling er ikke kjent. Båndjernmalm ble dannet fra avleirene ved diagenese .

Først når det toverdige jernet var utmattet og dannelsen av leddbånd derfor var fullført, kunne oksygeninnholdet i sjøvann og i jordens atmosfære stige til verdier over 0,2 til 0,5 prosent. Dette kalles den store oksygenkatastrofen .

I begrenset grad ble det fremdeles dannet båndmalmer i Cryogenium (for 750 til 600 millioner år siden) og i Ordovicien (for rundt 450 millioner år siden).

konstruksjon

Banded jernformasjon har en lagdelt struktur, de jernholdige lagene med chertlag (engl. Chert , mikrokryptokrystallinsk kvarts <30 mikron partikkelstørrelse) veksler. De viktigste mineralene som forekommer i jernholdige lag er hematitt (Fe 2 O 3 ) og magnetitt (Fe 3 O 4 ). De enkelte lagene er noen få millimeter til noen få centimeter tykke og gir bergtverrsnittet utseendet til den eponyme båndingen. De kan forekomme i flere repetisjoner, slik at båndmalmformasjoner kan ha tykkelser (lagtykkelser) på rundt 50 m til 600 m, noe som gjør dem økonomisk viktige jernmalmforekomster .

Typer

Overlegen type BIF av Dales Gorge Formation, Dales Gorge, Pilbara, Western Australia
Algoma type BIF av den bratte 3 milliarder år gamle Cleaverville-formasjonen med svarte magnetittlag, Maitland River, Pilbara, Western Australia
Båndjernmalm av Rapitan-typen fra det sør-australske neoproterozoikumet i en polert tynn seksjon under innfallende lys: magnetitt og underordnet hematitt virker lysegrått, den mørkegrå matrisen består av serisitt og kvarts

Det er tre typer:

Fremvekst

Båndjernmalm fra Krivoy Rog , Ukraina

Opprinnelsen til båndmalmene har blitt undersøkt intenst, men det er ennå ikke endelig avklart. Et av hovedstridspunktene er bakterienes rolle i dannelsen av båndmalmen og utviklingen av oksygenkonsentrasjonen over tid i forbindelse med spørsmålet om oksygenet var tilstede i tilstrekkelig høye konsentrasjoner i atmosfæren på det tidspunktet bandmalmene ble dannet.

Det antas generelt at jernet var av vulkansk opprinnelse og ble tilsatt sjøvannet gjennom utånding på midthavsryggene og langs dypgrøfter . Undersøkelsen av utbredelsen og innholdet av sjeldne jordarter avdekket et unormalt høyt innhold av europium i fjellet, som bekrefter vulkansk opprinnelse, samt Nd-isotop-sammensetningen av kertelagene. Mot avhandlingen om at jernet kommer fra forvitring av kontinentale bergarter, det lave innholdet av aluminium i noen BIFer og det faktum at det for det meste ingen klastiske sedimenter som leire forekommer sammen med båndmalmene, snakker også mot dem.

En forklaring på dannelsen av BIF er et samspill mellom biologisk aktivitet og jern som har kommet inn i de øvre vannlagene og grunt vann gjennom vertikale strømmer. Gjennom oksygenproduksjonen fra oksygenisk fotosyntese av cyanobakteriene som eksisterte på den tiden , ble jernet oppløst i sjøvannet oksidert umiddelbart og harde vannløselige hydroksidiske og oksidige forbindelser av treverdig jern (inkludert jern (III) hydroksid og jern (III) oksyhydrater) ble dannet). Disse dårlig vannløselige mineralene sedimenterte, og mineralene magnetitt og hematitt ble dannet av dem under diagenesen . Det antas at absorpsjonen av oksygen av jernet oppløst i sjøvann bare varte en viss tid, nemlig til det tilgjengelige jernet ble brukt opp og det frigitte oksygenet ikke lenger var bundet av jern. Dette sies å ha resultert i en oksygenkonsentrasjon som er skadelig for cyanobakteriene og som førte til at bakteriene døde. Deretter sedimenterte cherten. Disse ser ut til å ha blitt dannet av direkte abiotisk utfelling av silika og av organismer som utskiller silika.

En annen mulighet for oksidasjon av toverdig jern er aktiviteten til anoksygene fototrofiske bakterier, som bruker lys som energikilde for å produsere biomasse fra karbondioksid og vann ved å bruke toverdig jern som reduksjonsmiddel og derved oksyderer det til treverdig jern, men uten oksygen (dioxygen, O 2 ) form. Modellberegninger har vist at et relativt tynt lag med frittflytende slike anoksydiske fototrofiske bakterier er tilstrekkelig til å oksidere og dermed felle ut alt oppløst jern i sjøvannet.

Abiotisk dannelse antas også å være mulig: ioner av toverdig jern oksideres til treverdige jernioner av UV-stråling og blått lys opp til en bølgelengde på rundt 400 nm, med elektronene overført til hydrogenioner og dermed molekylært, elementært hydrogen (H 2 ) blir dannet: 2 Fe 2+ + 2 H + → 2 Fe 3+ + H to . De treverdige jernionene danner hematitt sammen med vann eller magnetitt sammen med toverdige jernioner og vann.

Opprinnelsen til båndmalmen som dukker opp etter lang tid ved utgangen av Proterozoic er heller ikke helt forstått. På den ene siden blir de sett på som bevis for snøball- jordhypotesen: Med de allerede høye oksygenkonsentrasjonene i sjøen og atmosfæren på den tiden er havets fullstendige isdekke betingelsen for at sjøvannet blir giftfri og kunne absorbere oppløst jern i store mengder. Jernet oksyderes når isen smelter og avsettes som sediment. På den annen side blir de forklart som dannelsen av metallrike, anoksiske sjøvann. Deres metallinnhold er av vulkansk opprinnelse, deres dannelsessted er rift bassenger av tektonisk opprinnelse, hvis vannlag nær bakken ofte er anoksiske. For forsvinningen av de malte jernmalmene for rundt 1,8 milliarder år siden antas en bedre blanding av havet med oksygen, muligens i kjølvannet av Sudbury-innvirkningen .

Hendelse

I følge Proterozoic Age er den regionale fordelingen av båndmalmene bundet til skjoldområdene på kontinentene der bergarter i denne alderen forekommer. Stripmalm er av enorm økonomisk betydning, og en betydelig andel er allerede minbar i dag. Deres lager av jern er estimert til 150 milliarder tonn, noe som taler for et langt utvalg av jernreserver med et forbruk på rundt en milliard tonn per år.

Store forekomster med en alder på 2,6-2,1 Ga (milliarder år) ligger i Transvaal, Sør-Afrika. I Australia er det store reserver i de 2,7–2,4 Ga gamle stripmalmene fra Hamersley Range. I Krivoy Rog i Ukraina er bandmalmene 2,6–1,9 Ga gamle, de i delstaten Minas Gerais ( Itabirite ), Brasil og i Labrador-trau i Canada er omtrent de samme . Noen forekomster ble senere overtrykt en eller flere ganger av tektoniske eller regionale metamorfe prosesser.

I tillegg til jern forekommer også andre metaller i mindre grad i stripmalmene, som også har en viss økonomisk betydning.

Trimmet banded jernformasjon av Dales Gorge Formation nær Pannawonica, Pilbara, Western Australia

Trimmet banded jernformasjon av Dales Gorge Formation nær Pannawonica , Pilbara, Western Australia

litteratur

  • Anthony M. Evans: Mineral Deposition Studies. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1992, ISBN 3-432-99801-5 , s. 90f., 257ff., 279, 316f.
  • A. Bekker, JF Slack, N. Planavsky, B. Krapež, A. Hofmann, KO Konhauser, OJ Rouxel: Jernformasjon : Det sedimentære produktet av et komplekst samspill mellom mantel-, tektoniske, oseaniske og biosfæriske prosesser. I: Økonomisk geologi. Volum 105, 2010, s. 467-508. (PDF)

Individuelle bevis

  1. ^ A b Paul F. Hoffman, Daniel P. Schrag: Snøballens jordhypotese : testing av grensene for global endring. (PDF; 1,3 MB). I: Terra Nova. Volum 14, 2002, s. 129-155.
  2. ↑ mineralienatlas.de
  3. ↑ a b Andreas Kappler, Claudia Pasquero, Kurt O. Konhauser, Dianne K. Newman: Deponering av båndede jernformasjoner av anoksygene fototrofiske Fe (II) -oksiderende bakterier. I: Geologi. Vol. 33, nr. 11, 2005, s. 865-868. (PDF)
  4. ↑ Cornelis Klein: Noen prekambriske jernformasjoner (BIF) fra hele verden: Deres alder, geologiske omgivelser, mineralogi, metamorfisme, geokjemi og opprinnelse . I: American Mineralogist . teip 90 , nei. 10 , 2005, s. 1473-1499 , doi : 10.2138 / am 2005.1871 .
  5. ^ UE Horstmann et al.: Sjeldne jordelementer og Nd isotopiske sammensetninger i båndede jernformasjoner av Griqualand West Sequence, Northern Cape Province, Sør-Afrika. I: Journal of the German Society for Geosciences. Volum 152, utgave 2-4, s. 439-465. (Abstrakt)
  6. ↑ a b Mike Strickler: Banded Iron Formation. University of Oregon (engelsk, HTML ).
  7. ↑ F. Widdel, S. Schnell, S. Heising, A. Ehrenreich, B. Assmus, B. Schink: toverdig jern oksidasjon av anoxygenic fototrofe bakterier. I: Natur. Vol. 362, 1993, s. 834-836.
  8. ↑ Armin Ehrenreich, Friedrich Widdel: Anaerob oksidasjon av jernholdig jern av lilla bakterier, en ny type fototrof metabolisme. I: Anvendt og miljømikrobiologi. Vol. 60, nr. 12, 1994, s. 4517-4526.
  9. ↑ Christian de Duve: Origin of Life - Prebiotic Evolution and the Origin of the Cell . Spectrum Academic Publishing House, Heidelberg / Berlin / Oxford 1994, ISBN 3-86025-187-2 , s. 142-143.
  10. ↑ N. Eyles, N. Januszczak: 'Glidelås rift': A tektoniske modell for Neoproterozoic nedis under oppdelingen av Rodinia etter 750 Ma. I: Earth Science Reviews. Vol. 65, nr. 1–2, 2004, s. 1–73, doi: 10.1016 / S0012-8252 (03) 00080-1 ( PDF, 4 MB ( Memento fra 28. november 2007 i Internet Archive )).
  11. ^ John F. Slack, William F. Cannon: Utenomjordisk død av bandete jernformasjoner for 1,85 milliarder år siden . I: Geologi . teip 37 , nr. 11 , 2009, s. 1011-1014 , doi : 10.1130 / G30259A.1 ( gsapubs.org ).
  12. ↑ Very Large Fe-Deposits ( Memento of 23. November 2008 in the Internet Archive ), Columbia University i City of New York, Lamont-Doherty Earth Observatory

weblenker

Commons : Bändererz  - album med bilder, videoer og lydfiler