规模巨大的夹层蛋糕（10万ｋｍ²）
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kｍ，它的厚度也可达数百米。
大自然的魔法
——BIFs的消失与出现
要知道，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。看到这里，我们不禁发问，究竟BIFs是如何形成的呢？又是什么原因让它反复消失出现呢？
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。大氧化事件前，条带状铁建造(BIFs)的沉积达到顶峰，在18亿年~800万年间沉积中断，而伴随新元古代雪球地球冰期事件，条带状铁建造(BIFs)间隔10亿年又再次广泛沉积。这表明大气-海洋系统中的氧气状态与条带状铁建造(BIFs)的沉积具有高度关联。
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魔法背后的秘密
——让铁不“生锈”
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。
科学家认为，在24亿年以前海洋中氧气含量几乎没有到现在的1%，23-19亿年，地球大气及海洋中的游离氧增多，氧气含量可能开始显著上升，它被称为“大氧化事件”(称为GOE)。尽管那时的氧气含量还远不及现在地球大气中的21%，而相比于之前的1%，21%的含量也足以使海洋中溶解的铁开始生锈从而无法沉积。
18亿年时，大规模的铁建造基本消失。直至6.5亿年左右的“雪球地球”事件发生，海洋被全球性的冰层覆盖，海水转为还原状态从而富集二价铁，因此，在750-580 百万年期间仍存在着一些条带状建造。在“雪球地球”事件之后，全球性的条带状铁建造沉积骤然终止，成为寒武纪生命大爆发的前奏曲。
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。
也许你还会发问，那这么多的铁又是从何而来呢？大多数地质学家认为，铁主要来自古洋中脊玄武岩熔岩(富含铁)的风化作用，也可能来自陆地岩石风化作用 (这只有在河流完全缺氧的情况下才有可能)。在26亿年至24亿年之间，沉积了最大量的BIFs，特别是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。这段时间也正是（大火成岩省）玄武熔岩喷发的高峰期。
“蛋糕”变铁矿
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。
参考文献
[1] Hoffman P. F., Schrag D. P., The snowball Earth hypothesis: testing the limits of global change[J]. Terra Nova, 2010, 14(3): 129-155.
[2] Lyons T. W., Reinhard C. T., Planavsky N. J., The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere[J]. Nature Publishing Group, 2014(7488).
[3] Schopf J. W., Solution to Darwin's dilemma: Discovery of the missing Precambrian record of life[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2000, 97(13): 6947-6953.
来源：石头科普工作室
编辑：雪影