Formaciones de hierro bandeado
El planeta Tierra era rojo
Durante gran parte de su historia, la
Tierra ha estado cubierta con grandes océanos de color rojo. Eran océanos de
aguas ácidas con hierro en disolución (Fe2+). No había grandes masas
de tierra emergida sino muchas islas volcánicas por lo que dominaba el rojo de
los océanos. La Tierra aún no se había enfriado suficiente para que se formaran
continentes. Estos mares estaban habitados por cianobacterias extremófilas que
con la energía del sol realizaban la fotosíntesis y producían O2,
como producto de deshecho. Ese oxigeno tal como se generaba se utilizaba para
oxidar el hierro, dando lugar al compuesto Fe2O3 que es
insoluble, precipitando en el fondo. Los sedimentos ricos en hierro, que se
acumulaban, se intercalaban con otros de naturaleza silícea, producidos cuando
las arqueas, que sólo podían vivir en ambientes sin oxigeno, morían envenenadas
por el O2 (su propio producto de deshecho). Esos intervalos sin
mineral de hierro son de colores claros, mientras que los intervalos con
hierro, de color rojo, si está oxidado, o verde, si durante el enterramiento,
se reduce, produciendo el bandeado que les da nombre. Durante más de 2000
millones de años la sedimentación dominante en los océanos era de bandeados de
mineral de hierro y sílice. Las formaciones de hierro bandeado en la actualidad
son los más importantes depósitos de mineral de hierro en la corteza.
Cuando sucedió
Durante el Precámbrico, tras el enfriamiento y condensación de las nubes en unos grandes océanos, que cubrían todo el planeta, la vida microbiana adaptada a estos ambientes empezó a producir por fotosíntesis O2. Desde hace 3800 hasta 1500 millones de años aproximadamente los sedimentos predominantes en los océanos eran las formaciones de hierro bandeadas. A partir de 1500 millones de años son escasas. Hay una llamativa excepción ligada a la Snowball Earth (Tierra bola de nieve), donde vuelven a ser abundantes, hace de 700 a 650 millones de años. En este último periodo se forman en los océanos cubiertos de hielo, que impide el intercambio gaseoso con la atmosfera, produciendo la anoxia en las aguas oceánicas, que vuelven a ser favorables a las cianobacterias extremófilas, formándose otra vez las formaciones de hierro bandeado.
Qué sucedió
Los depósitos ricos en hierro son los que tienen más de un 15% de hierro. Existen dos tipos de rocas ricas en hierro, las rocas oolíticas ferruginosas fanerozoicas (últimos 600 Millones de años) y las formaciones de hierro bandeado del Precámbrico. Las primeras son rocas formadas por bolitas (oolitos) de capas concéntricas de mineral de hierro y las segundas por alternancia de capas de mineral de hierro con niveles detríticos o silíceos. Estas últimas, se les llama también tacomita.
Las formaciones de hierro bandeado se encuentran en las rocas más antiguas conservadas del planeta Tierra de hace 3800 millones de años y son abundantes hasta hace unos 1500 millones de años. Durante más de 2000 millones de años eran sedimentos abundantes. Tras lo cual, las rocas ferruginosas sedimentarias son casi siempre oolíticas, no bandeadas, con la excepción de un periodo particular en la Tierra, cuando los océanos se congelaron. Durante el periodo de Tierra bola de nieve volvieron a sedimentarse las formaciones de hierro bandeadas.
En esos 2000 millones de años no siempre fueron igual, las más antiguas hasta los 2600 millones de años suelen ser de pequeña extensión lateral, gran espesor y estar asociadas a rocas volcánicas. Estas formaciones de hierro bandeado son las tipo Algoma y se interpretan asociadas a un planeta muy caliente, cerca de los volcanes. Según las hipótesis dominantes en la actualidad, en este tipo de ambientes, surgiría la vida del planeta Tierra. En las grietas de los puntos de emisión volcánicos, bañados por el océano primitivo. Estos primeros organismos, vivirían en la superficie de los océanos, cerca de los volcanes, serian fotosintéticos para obtener energía y darían lugar a deshechos de O2 que al reaccionar con el Fe disuelto de los océanos precipitaría en forma de mineral de hierro. En los periodos que las condiciones no favorecen a los microorganismos se depositaría material silíceo.
A partir de 2600 millones de años, la Tierra se habría enfriado suficientemente, para que la vida pudiera darse en más amplias extensiones, dominaría grandes cuencas oceánicas. Es en este momento cuando aparece el segundo tipo de formaciones de hierro bandeado formadas por láminas que muestran continuidades kilométricas de las láminas individuales. Estas serían las formaciones de hierro bandeado tipo Superior (llamadas de esa forma por el Lago Superior de los Estados Unidos). Serían abundantes entre 2600 a 1500 millones de años. Se interpretan como la sedimentación común en los océanos precámbricos y se depositarían a profundidades variables, desde zonas costeras a profundas. Las láminas del tipo Superior muestran unas pares de láminas continuas de material silíceo/ferruginoso. La base de la lámina silícea es neta mientras que la parte superior cambia gradualmente hacia la lámina ferruginosa. Esto se explica porque tras la muerte por envenenamiento de las cianobacterias, en la superficie de los océanos no se produciría fotosíntesis y el océano tendría Fe disuelto (rojo). Poco a poco, las cianobacterias se irían recuperando y generando O2 como producto de deshecho que fijaría el Fe, precipitándolo en el fondo. En el sedimento se ve un aumento progresivo del material ferruginoso hacia arriba. En el momento de gran abundancia de cianobacterias la sedimentación es predominantemente ferruginosa. Luego su abundancia hace que se contamine la superficie del mar con O2 disuelto que es venenoso y mata a las cianobacterias, su muerte hace que se no haya sedimentación de Fe y predomine la sedimentación detrítica (polvo y material traído por las corrientes), produciéndose un límite neto entre la parte de arriba de la lámina ferruginosa y la base de la silícea.
La alta temperatura del planeta favorecería la proliferación de fumarolas volcánicas submarinas que aportarían Fe a los océanos. Por eso, pese a que se podría fijar gran cantidad de Fe, en los precipitados sedimentarios, no serían suficientes, para contrarrestar la entrada de más Fe. Cuando el planeta se enfrió lo suficiente, para disminuir las fumarolas, entonces las cianobacterias dominaron y pudieron extraer el Fe de los océanos.
Figura 1. Esquema simplificado sobre la formación de capas ricas y pobres en hierro.
Por qué sucedió
Las formaciones de hierro bandeado se deben, primero al proceso normal de enfriamiento del planeta, que produce la condensación de gases de la atmósfera primigenia, formando los primeros océanos. A lo que se une una anomalía del planeta Tierra, que es aparición de vida. Estos organismos fotosintéticos iniciarán la oxigenación de los océanos, que irá haciendo desaparecer el Fe disuelto de los océanos y cambiándolos progresivamente, de ácidos y reductores, a básicos y oxidantes.
Cómo lo sabemos
Las formaciones de hierro bandeado son los sedimentos más abundantes del Precámbrico, recibiendo atención por su importancia económica como principal fuente de hierro para la industria. Los yacimientos del oeste australiano forman extensiones comparables a la de la península Ibérica, con cientos de metros de espesor de mineral de hierro. Su interés económico ha motivado su estudio para comprender mejor como se formaron estas grandes acumulaciones. En 2000 millones de años hay tiempo suficiente para acumular los cientos de metros de mineral. ¿Cada cuánto tiempo se formaría una banda doble de hierro/sílice? Aquí las estimaciones son difíciles, primero porque la tierra rotaría más rápido sobre su eje, un año durarían muchos más días que en la actualidad. Las dataciones absolutas también presentan problemas, porque hace tanto tiempo de su formación, que los errores de estimación impiden medir periodos de deposito de varias láminas. Lo cierto es que cada banda doble es un ciclo de proliferación de cianobacterias extremófilas y su muerte por envenenamiento. Dichos ciclos podrían ser varios días, o varios años.
Figura 2. Fotografía de una roca de hierro bandeado de hace 2 100 Millones de años. La roca pesa sobre 8,5 toneladas, y es aproximadamente 2 m de alto por 3 de ancho y 1 de profundidad. Procede de Norte America y pertenece al Museo Nacional de Mineralogía y Geología de Dresde, Alemania.
