歷史地質/條帶狀鐵建造
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在本文中，我們將研究什麼是條帶狀鐵建造以及它們是如何形成的。讀者可能會發現回顧 關於矽質軟泥和燧石的主要文章 很有用。
條帶狀鐵建造或BIF是沉積岩，由富含鐵的沉積物（通常是赤鐵礦，Fe2O3，和磁鐵礦，Fe3O4）和貧鐵沉積物交替排列而成，通常是燧石；條帶的尺寸從不到一毫米到超過一米不等。右邊的圖片顯示了一個相當典型的條帶狀鐵建造：紅色條帶是氧化鐵。
雖然BIF具有廣泛的地理分佈，但它們的時間分佈是區域性的。它們在大約35億年前開始變得普遍，在大約25億年前達到頂峰，在大約18億年前消失，在大約10億年前又出現一小波，然後基本上從地質記錄中消失；今天沒有新的BIF正在形成。
除了鹽類巨型（如上一篇文章中所解釋的），通常很容易解釋沉積岩的起源，因為我們可以看到現在正在沉積的相同沉積物：白堊看起來就像石化的鈣質軟泥，冰磧岩看起來就像石化的冰川冰磧，風成砂岩看起來就像石化的沙漠沙子，等等。
然而，就BIF而言，現在或最近都沒有形成新的BIF。因此，似乎在尋找BIF成因時，我們必須尋找一個可能只發生在過去的事件。
幸運的是，有一個想法浮現在腦海。根據生物學家的說法，最早的生命既不產生也不消耗氧氣。實際上，它們甚至無法忍受氧氣：氧氣是一種非常活潑的氣體，對沒有適應其存在的生物有毒（例如現代細菌肉毒梭菌，它只能在幾乎完全沒有氧氣的環境中存活）。
生物學家還一致認為，在沒有產氧生物的情況下，大氣中的遊離氧（即O2分子）會非常少。
這一切與BIF有什麼關係？好吧，鐵的一個有趣特性是，元素鐵（Fe）會溶於水，而氧化鐵（如條帶狀鐵建造中發現的）會沉澱出來。早期的地球水體肯定存在鐵的來源，例如來自海底火山的排放物，以及透過化學風化從岩石中釋放出來的鐵。因此，當出現產氧生物時，溶解在海洋中的鐵會與溶解的氧氣結合形成氧化鐵，然後沉澱出來，形成構成BIF的氧化鐵。
事實上，鐵會形成一個“氧氣匯”；只有在鐵以這種方式被消耗殆盡後，O2才開始在大氣中佔很大比例。大氣中氧氣的積累，根據地質年代測定方法，大約在24億年前開始，被稱為大氧化事件（GOE）、氧氣災難和氧氣危機。
根據生物學家，上面給出的場景是合理的；實際上，如果他們關於早期生命歷史的觀點是正確的，我們應該預期看到這種地質證據，即由於產氧生物的出現而導致氧氣含量上升。撇開生物學不談，從化學角度來看，這當然是合理的：鐵可溶於水，而氧化鐵則不可溶於水，這至少是我們可以透過直接觀察來驗證的。從解釋BIF在時間上的區域性分佈的角度來看，它也是合理的，因為我們預期這種現象只會發生一次。
但事實上大氣中是否發生了從貧氧到富氧的變化？對GOE之前、期間和之後礦物的研究肯定地回答了這個問題。
遊離氧的產生確實可以解釋BIF，這一事實有利於這種場景；此外，這種解釋得到了BIF中氧化鐵的性質的支援：它們往往是氧鐵比低的氧化鐵，例如赤鐵礦和磁鐵礦，而不是例如針鐵礦（FeO(OH））；這正是我們在氧氣仍然稀少的情況下所預期的。
但是，如果我們用遊離氧的出現來解釋BIF，並且我們用來證明這一事件的證據僅限於BIF，那麼我們就將陷入迴圈論證的邊緣。幸運的是，情況並非如此：早期地球的礦物學還有其他跡象表明發生了GOE。
例如，在GOE所處年代之前，但在之後沒有發現鈾礦（UO2）和菱鐵礦（FeCO3）出現在河流沉積物中（有關如何識別此類沉積物的資訊，請參閱關於河流的主要文章）。這之所以重要，是因為這些礦物在含有溶解O2的水中無法存活，就像今天所有的河流一樣；因此，沉積它們的河流一定與貧氧大氣共存。
另一方面，在GOE所處年代之後，我們在地質記錄中看到了礦物型別的巨大多樣化，因為在GOE之後，可以透過氧化作用從舊礦物中產生新的礦物；我們就是在GOE之後發現了這種礦物。（有關詳細資訊，請參閱 Sverjensky 和 Lee (2010) 大氧化事件和礦物多樣化，Elements, 6(1)）。
因此，我們有大量資料表明大氣中游離氧的含量上升；這種上升將解釋，事實上是必然導致，氧化鐵沉積物（如BIF中發現的）的大量形成。
因此，似乎我們對BIF有一個很好的解釋。然而，讀者應該記住，我在這裡勾勒的只是一個廣泛共識的概略提綱。關於細節，仍然存在爭議。
讀者可能已經對其中幾個細節感到困惑。首先，為什麼BIF的深色條帶中的沉積物通常是燧石？為什麼BIF是條帶狀的——為什麼燧石和氧化鐵沒有同時沉積成混合物呢？
燧石可能由形成二氧化矽的生物沉積而成。誠然，我們沒有在其內部發現測試的矽藻和放射蟲，因此它可能並非像這些生物體今天產生的矽質軟泥那樣起源；但不能排除在寒武紀之前存在其他產生二氧化矽的生物體，現在已經滅絕的可能性。
或者，如果寒武紀之前沒有二氧化矽產生生物，那麼二氧化矽可能只是在海洋中積累，直到達到飽和點並自行沉澱出來。
沉積的節奏性似乎表明條件的週期性變化。一個可能的起因是生態繁榮和蕭條的反覆迴圈。從生物學角度來看，有理由懷疑最早的產氧生物體不能耐受高水平的氧氣。（這並不像聽起來那樣矛盾：大多數生物體無法在充滿自身廢物的環境中生存。例如，動物會產生CO2，並且會在以其為主導的大氣中窒息。）
這表明了以下場景：產氧生物體將生長和繁榮，直到它們產生有毒水平的氧氣；然後種群幾乎完全崩潰，僅在低氧避難所中存活；氧氣將透過與水中的鐵結合生成氧化鐵帶（條帶狀鐵建造）而從大氣中去除；在這些低氧條件下，產氧生物體可以再次增加數量，迴圈將再次開始。這將合理地解釋氧化鐵的週期性沉澱。甚至可以想象，產氧生物體與上面提到的（假設的）二氧化矽分泌生物體相同。
但在這裡，我們已經進入了推測和爭議的領域。這些問題很可能仍然存在爭議：由於地質學家在無法觀察到條帶狀鐵建造在現在的形成這一劣勢下工作，因此條帶狀鐵建造永遠不會像其他沉積岩那樣得到完全確定的理解。