تكوين الحديد المخطط

تُعدّ التكوينات الحديدية المخططة ( BIFs ، وتُسمى أيضًا تكوينات الحجر الحديدي المخطط ) وحدات مميزة من الصخور الرسوبية ، تتكون من طبقات متناوبة من أكاسيد الحديد والصوان الفقير بالحديد . قد يصل سمكها إلى عدة مئات من الأمتار، وتمتد أفقيًا لمئات الكيلومترات. تعود معظم هذه التكوينات إلى العصر ما قبل الكمبري ، ويُعتقد أنها تُسجل عملية أكسجة محيطات الأرض . ترتبط بعض أقدم التكوينات الصخرية على سطح الأرض، والتي تشكلت قبل حوالي 3700 مليون  سنة ، بالتكوينات الحديدية المخططة .

يُعتقد أن التكوينات الحديدية الشريطية قد تشكلت في مياه البحر نتيجةً لإنتاج الأكسجين بواسطة البكتيريا الزرقاء الضوئية . اتحد الأكسجين مع الحديد المذاب في محيطات الأرض لتكوين أكاسيد حديد غير قابلة للذوبان، والتي ترسبت مكونةً طبقة رقيقة على قاع المحيط. يشبه كل شريط طبقةً رسوبيةً سنويةً ، ناتجةً عن تغيرات دورية في إنتاج الأكسجين.

اكتُشفت تكوينات الحديد المخططة لأول مرة في شمال ميشيغان عام 1844. وتُشكّل هذه التكوينات أكثر من 60% من احتياطيات الحديد العالمية، وتُوفّر معظم خام الحديد المُستخرج حاليًا. وتوجد معظم هذه التكوينات في أستراليا ، والبرازيل ، وكندا ، والهند ، وروسيا ، وجنوب إفريقيا ، وأوكرانيا ، والولايات المتحدة .

يتكون التكوين الحديدي المخطط النموذجي من طبقات رقيقة متكررة (يتراوح سمكها _من بضعة ملليمترات إلى بضعة سنتيمترات) من أكاسيد الحديد الفضية إلى _{السوداء} ، إما الماغنيتيت (Fe3O4 ₎ أو الهيماتيت (Fe2O3 ) _{، تتناوب مع طبقات من} الصوان الفقير بالحديد ، والذي غالبًا ما يكون لونه أحمر، وله سمك مماثل. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} يمكن أن يصل سمك التكوين الحديدي المخطط الواحد إلى عدة مئات من الأمتار، ويمتد أفقيًا لمسافة عدة مئات من الكيلومترات. ^{[ 5 ]}

تُعرَّف تكوينات الحديد الشريطية بدقة أكبر بأنها صخور رسوبية مترسبة كيميائيًا تحتوي على أكثر من 15% من الحديد . مع ذلك، تحتوي معظم هذه التكوينات على نسبة أعلى من الحديد، تصل عادةً إلى حوالي 30% من الكتلة، بحيث يكون نصف الصخر تقريبًا من أكاسيد الحديد والنصف الآخر من السيليكا. ^{[ 5 ] [ 6 ]} يتوزع الحديد في هذه التكوينات بالتساوي تقريبًا بين شكله المؤكسد ، Fe(III)، وشكله المختزل ، Fe(II)، بحيث تتراوح نسبة Fe(III)/Fe(II+III) عادةً بين 0.3 و0.6. يشير هذا إلى غلبة الماغنيتيت، حيث تبلغ النسبة 0.67، على الهيماتيت، الذي تبلغ نسبته 1. ^{[ 4 ]} بالإضافة إلى أكاسيد الحديد (الهيماتيت والماغنيتيت)، قد تحتوي رواسب الحديد على كربونات غنية بالحديد مثل السديريت والأنكريت ، أو سيليكات غنية بالحديد مثل المينيسوتايت والجريناليت . معظم تكوينات الحديد الشريطية بسيطة التركيب الكيميائي، إذ تحتوي على كميات قليلة من أكاسيد الحديد والسيليكا وكربونات بكميات ضئيلة، ^{[ 5 ]} على الرغم من أن بعضها يحتوي على كميات كبيرة من الكالسيوم والمغنيسيوم، تصل إلى 9% و6.7% على التوالي كأكاسيد. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

عند استخدام مصطلح "تكوين الحديد المخطط" بصيغة المفرد، فإنه يشير إلى الصخور الرسوبية الموصوفة آنفاً. ^{[ 1 ]} أما صيغة الجمع "تكوينات الحديد المخططة" فتُستخدم بشكل غير رسمي للإشارة إلى الوحدات الطبقية التي تتكون أساساً من تكوين الحديد المخطط. ^{[ 9 ]}

تتكون التكوينات الحديدية الشريطية المحفوظة جيدًا عادةً من نطاقات كبيرة يبلغ سمكها عدة أمتار، تفصل بينها طبقات رقيقة من الصخر الزيتي . وتتألف هذه النطاقات الكبيرة بدورها من طبقات متناوبة مميزة من الصوان وأكاسيد الحديد، تُسمى النطاقات المتوسطة ، ويتراوح سمكها من عدة ملليمترات إلى بضعة سنتيمترات. تحتوي العديد من نطاقات الصوان المتوسطة على نطاقات دقيقة من أكاسيد الحديد يقل سمكها عن ملليمتر واحد، بينما تكون نطاقات الحديد المتوسطة بسيطة نسبيًا. تميل التكوينات الحديدية الشريطية إلى أن تكون شديدة الصلابة والمتانة والكثافة، مما يجعلها مقاومة للتآكل بشكل كبير، كما أنها تُظهر تفاصيل دقيقة للطبقات على مسافات شاسعة، مما يشير إلى أنها ترسبت في بيئة منخفضة الطاقة للغاية؛ أي في مياه عميقة نسبيًا، غير متأثرة بحركة الأمواج أو التيارات. ^{[ 2 ]} نادرًا ما تتداخل التكوينات الحديدية الشريطية مع أنواع صخرية أخرى، إذ تميل إلى تكوين وحدات منفصلة محددة بوضوح لا تتدرج جانبيًا أبدًا إلى أنواع صخرية أخرى. ^{[ 5 ]}

تختلف التكوينات الحديدية المخططة في منطقة البحيرات العظمى وتكوين فرير في غرب أستراليا نوعًا ما في خصائصها، ويُطلق عليها أحيانًا اسم التكوينات الحديدية الحبيبية أو GIFs . ^{[ 7 ] [ 5 ]} تتميز رواسب الحديد فيها بطابع حبيبي إلى أوليثي ، حيث تُشكل حبيبات منفصلة يبلغ قطرها حوالي مليمتر واحد، وتفتقر إلى التخطيط الدقيق في نطاقاتها المتوسطة من الصوان. كما تُظهر هذه التكوينات تخطيطًا متوسطًا غير منتظم، مع وجود مؤشرات على تموجات وبنى رسوبية أخرى ، ولا يمكن تتبع نطاقاتها المتوسطة لمسافات طويلة. وعلى الرغم من أنها تُشكل وحدات منفصلة وواضحة المعالم، إلا أنها غالبًا ما تتداخل مع رواسب إبيكلاستيكية خشنة إلى متوسطة الحبيبات (رواسب ناتجة عن تجوية الصخور). تشير هذه الخصائص إلى بيئة ترسيب ذات طاقة أعلى ، في مياه ضحلة مضطربة بفعل حركة الأمواج. ومع ذلك، فهي تُشبه في جوانب أخرى التكوينات الحديدية المخططة الأخرى. ^{[ 7 ]}

تُعدّ غالبية التكوينات الحديدية الشريطية من العصر الأركي أو الباليوبوروتيروزوي . مع ذلك، يوجد عدد قليل منها من العصر النيوبروتيروزوي ، وغالبًا ما ترتبط، ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 11 ]} إن لم يكن دائمًا، ^{[ 12 ]} بالرواسب الجليدية، وغالبًا ما تحتوي على أحجار جليدية متساقطة . ^{[ 8 ]} كما تميل هذه التكوينات إلى إظهار مستوى أعلى من الأكسدة، حيث يسود الهيماتيت على الماغنيتيت، ^{[ 10 ]} وتحتوي عادةً على كمية صغيرة من الفوسفات، حوالي 1% من الكتلة. ^{[ 10 ]} غالبًا ما يكون التطبق المتوسط ​​ضعيفًا أو معدومًا، ^{[ 13 ]} وتنتشر فيها هياكل تشوه الرواسب اللينة . يشير هذا إلى ترسب سريع جدًا. ^{[ 14 ]} مع ذلك، وكما هو الحال مع التكوينات الحديدية الحبيبية في البحيرات العظمى، تُوصف التكوينات النيوبروتيروزوية على نطاق واسع بأنها تكوينات حديدية شريطية. ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 14 ] [ 4 ] [ 15 ] [ 16 ]}

تختلف التكوينات الحديدية الشريطية عن معظم أحجار الحديد في حقبة الحياة الظاهرة . تُعدّ أحجار الحديد نادرة نسبيًا، ويُعتقد أنها ترسبت خلال أحداث بحرية خالية من الأكسجين، حيث استُنفدت فيها نسبة الأكسجين الحر في حوض الترسيب . تتكون هذه الأحجار من سيليكات وأكاسيد الحديد دون وجود كميات ملحوظة من الصوان، ولكنها غنية بالفوسفور ، وهو عنصر غير موجود في التكوينات الحديدية الشريطية. ^{[ 11 ]}

لم يحظَ أي نظام تصنيفي لتكوينات الحديد الشريطية بقبولٍ كامل. ^{[ 5 ]} في عام 1954، دعا هارولد لويد جيمس إلى تصنيفٍ قائم على أربعة أنواعٍ صخرية (أكسيد، كربونات، سيليكات، وكبريتيد) يُفترض أنها تُمثل أعماقًا مختلفة للترسيب، ^{[ 1 ]} لكن هذا النموذج النظري لم يصمد. ^{[ 5 ]} في عام 1980، دعا جوردون أ. غروس إلى تقسيمٍ ثنائي لتكوينات الحديد الشريطية إلى نوع ألغوما ونوع بحيرة سوبيريور، استنادًا إلى طبيعة حوض الترسيب. توجد تكوينات ألغوما في أحواضٍ صغيرة نسبيًا مُرتبطةً بالصخور الرملية الرمادية وغيرها من الصخور البركانية، ويُفترض أنها مُرتبطة بالمراكز البركانية. أما تكوينات بحيرة سوبيريور فتوجد في أحواضٍ أكبر مُرتبطةً بالصخور الطينية السوداء، والكوارتزيت ، والدولوميت ، مع كمياتٍ قليلة نسبيًا من التوف أو غيرها من الصخور البركانية، ويُفترض أنها تشكلت على جرفٍ قاري . ^{[ 17 ]} حظي هذا التصنيف بقبول أوسع، إلا أن عدم إدراك أنه يستند حصراً إلى خصائص حوض الترسيب وليس إلى طبيعة الصخور المكونة للتكوين الحديدي الشريطي نفسه، أدى إلى حدوث ارتباك، ودعا بعض الجيولوجيين إلى التخلي عنه. ^{[ 2 ] [ 5 ]} ومع ذلك، لا يزال التصنيف إلى نوعي ألغوما وبحيرة سوبيريور مستخدماً. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

مواقع التواجد. يشير اللون إلى النوع السائد. أصفر فاتح = تكوينات أركية أقدم؛ أصفر داكن = تكوينات غوندوانا الكبرى؛ بني = تكوينات حديدية حبيبية؛ أحمر = تكوينات الأرض الثلجية.

تُعدّ التكوينات الحديدية المخططة من العصر ما قبل الكمبري بشكل شبه حصري ، حيث يعود تاريخ معظم رواسبها إلى أواخر العصر الأركي (2800-2500 مليون سنة)، مع ذروة ثانوية للترسب في العصر الأوروسيرياني من حقبة ما قبل الكمبري (1850 مليون سنة). وترسبت كميات ضئيلة في أوائل العصر الأركي وفي حقبة ما قبل الكمبري الحديثة (750 مليون سنة). ^{[ 5 ] [ 4 ]} أما أحدث تكوين حديدي مخطط معروف فهو تكوين من العصر الكمبري المبكر في غرب الصين. ^{[ 16 ]} ونظرًا لأن العمليات التي تتشكل بها هذه التكوينات تبدو محصورة في العصور الجيولوجية المبكرة، وقد تعكس ظروفًا فريدة لعالم ما قبل الكمبري، فقد حظيت بدراسة مكثفة من قبل الجيولوجيين. ^{[ 5 ] [ 4 ]}

توجد تكوينات الحديد المخططة في جميع أنحاء العالم، في كل درع قاري في كل قارة. ترتبط أقدم هذه التكوينات بأحزمة الصخور الخضراء ، ومنها تكوينات حزام إيسوا للصخور الخضراء ، وهي الأقدم المعروفة، ويُقدر عمرها بين 3700 و3800 مليون سنة. ^{[ 5 ] [ 20 ]} تشكلت رواسب الحديد المخططة في تيماغامي [ ^{21 ] على} مدى 50 مليون سنة، من 2736 إلى 2687 مليون سنة، ووصل سمكها إلى 60 مترًا (200 قدم) . ^{[ 22 ]} توجد أمثلة أخرى لتكوينات الحديد المخططة في العصر الأركي المبكر في أحزمة أبيتيبي للصخور الخضراء ، وأحزمة الصخور الخضراء في درع ييلغارن وبيلبارا ، والدرع البلطيقي ، ودروع الأمازون ، وشمال الصين ، وجنوب وغرب أفريقيا . ^{[ 5 ]}

تُعدّ تكوينات الحديد الشريطية الأكثر اتساعًا جزءًا مما يُطلق عليه أ. ف. تريندال اسم "تكوينات الحديد الشريطية الكبرى في غوندوانا ". تعود هذه التكوينات إلى أواخر العصر الأركي، ولا ترتبط بأحزمة الصخور الخضراء. وهي غير مشوهة نسبيًا، وتشكل هضابًا طوبوغرافية واسعة، ^{[ 2 ]} مثل سلسلة جبال هامرسلي . ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} ترسبت تكوينات الحديد الشريطية هنا بين 2470 و2450 مليون سنة، وهي الأسمك والأوسع في العالم، ^{[ 4 ] [ 26 ]} حيث يتجاوز سمكها الأقصى 900 متر (3000 قدم) . ^{[ 7 ]} توجد تكوينات حديد شريطية مماثلة في تكوين كاراجاس في درع الأمازون، وتكوين كاوي إيتابريت في درع ساو فرانسيسكو ، وتكوين كورومان الحديدي وتكوين بينج الحديدي في جنوب إفريقيا، وتكوين مولاينجيري في الهند . ^{[ 5 ]}

توجد تكوينات الحديد الشريطية من العصر الباليوبوروتيروزوي في منطقة آيرون رينج وأجزاء أخرى من الدرع الكندي . ^{[ 5 ]} تتألف منطقة آيرون رينج من أربعة رواسب رئيسية: سلسلة جبال ميسابي ، وسلسلة جبال فيرميليون ، وسلسلة جبال غانفليت ، وسلسلة جبال كويونا . جميعها جزء من مجموعة أنيميكي ، وقد ترسبت بين 2500 و1800 مليون سنة. ^{[ 27 ]} تتكون هذه التكوينات الحديدية الشريطية في الغالب من حبيبات حديدية. ^{[ 5 ]}

تشمل التكوينات الحديدية الشريطية في العصر النيوبروتيروزوي تكوين أوروكوم في البرازيل، وتكوين رابيتان في يوكون ، وحزام دامارا في جنوب أفريقيا. ^{[ 5 ]} وهي محدودة الحجم نسبيًا، إذ لا يتجاوز امتدادها الأفقي بضعة عشرات من الكيلومترات، ولا يزيد سمكها عن 10 أمتار (33 قدمًا) . ^{[ 10 ]} ويُعتقد على نطاق واسع أنها ترسبت في ظل ظروف محيطية غير عادية خالية من الأكسجين، مرتبطة بظاهرة " الأرض المتجمدة ". ^{[ 2 ]}

قدّمت تكوينات الحديد الشريطية بعضًا من أولى الأدلة على توقيت حدث الأكسدة العظيم ، قبل 2400 مليون  سنة. ^{[ 29 ] [ 30 ]} وبورقته البحثية التي نشرها عام 1968 حول الغلاف الجوي والمحيطات المبكرة للأرض، ^{[ 31 ]} وضع بريستون كلاود الإطار العام الذي حظي بقبول واسع، إن لم يكن عالميًا، ^{[ 32 ] [ 33 ]} لفهم ترسبات الحديد الشريطية. ^{[ 5 ] [ 4 ]}

افترض كلاود أن التكوينات الحديدية المخططة كانت نتيجةً لتدفق مياه غنية بالحديد وخالية من الأكسجين من أعماق المحيط إلى منطقة ضوئية تسكنها البكتيريا الزرقاء التي طورت القدرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي المنتجة للأكسجين، ولكنها لم تكن قد طورت بعدُ إنزيمات (مثل ديسموتاز الفائق الأكسيد ) للعيش في بيئة مؤكسجة. كانت هذه الكائنات محمية من نفايات الأكسجين الخاصة بها من خلال إزالتها السريعة عبر مخزون الحديدوز المختزل، Fe(II)، في المحيطات القديمة. أكسد الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي الحديدوز إلى حديديك، Fe(III)، الذي ترسب من مياه البحر على شكل أكاسيد حديد غير قابلة للذوبان استقرت في قاع المحيط. ^{[ 31 ] [ 29 ]}

اقترح كلاود أن التطبق نتج عن تقلبات في أعداد البكتيريا الزرقاء بسبب تلف الجذور الحرة بفعل الأكسجين. وهذا يفسر أيضًا النطاق المحدود نسبيًا لرواسب العصر الأركي المبكر. يُعتقد أن الذروة الكبيرة في ترسبات الحديد المخطط في نهاية العصر الأركي كانت نتيجة لتطور آليات للعيش في وجود الأكسجين. وقد أنهى هذا التسمم الذاتي وأدى إلى انفجار سكاني في البكتيريا الزرقاء استنفد بسرعة المخزون المتبقي من الحديد المختزل، مما أنهى معظم ترسبات الحديد المخطط. ثم بدأ الأكسجين بالتراكم في الغلاف الجوي. ^{[ 31 ] [ 29 ]}

تم التخلي عن بعض تفاصيل نموذج كلاود الأصلي. فعلى سبيل المثال، أظهر التأريخ المُحسَّن لطبقات ما قبل الكمبري أن ذروة ترسبات الحديد الشريطية في أواخر العصر الأركي امتدت على مدى عشرات الملايين من السنين، بدلاً من حدوثها في فترة زمنية قصيرة جدًا عقب تطور آليات التعامل مع الأكسجين. ومع ذلك، لا تزال مفاهيمه العامة تُؤثر في التفكير حول أصول تكوينات الحديد الشريطية. ^{[ 2 ]} وعلى وجه الخصوص، يبقى مفهوم صعود مياه المحيطات العميقة، الغنية بالحديد المُختزل، إلى طبقة سطحية مؤكسجة فقيرة بالحديد عنصرًا أساسيًا في معظم نظريات الترسيب. ^{[ 5 ] [ 34 ]}

قد تشير التكوينات القليلة التي ترسبت بعد 1800 مليون سنة ^{[ 35 ] إلى مستويات منخفضة متقطعة من الأكسجين الجوي الحر، [ 36 ]} في حين أن الذروة الصغيرة التي حدثت قبل 750 مليون سنة قد تكون مرتبطة بفرضية الأرض المتجمدة. ^{[ 37 ]}  

عمليات التكوين

من المرجح أن تكون الأشرطة الدقيقة داخل طبقات الصوان عبارة عن طبقات رسوبية سنوية ناتجة عن التغيرات السنوية في إنتاج الأكسجين. ويتطلب ظهور هذه الأشرطة الدقيقة يوميًا  معدل ترسيب مرتفعًا جدًا يبلغ مترين سنويًا أو 5 كيلومترات لكل مليون سنة. وتشير تقديرات معدل الترسيب، المستندة إلى نماذج ترسيب مختلفة وتقديرات عمر طبقات التوف البركاني المصاحبة باستخدام مطياف الكتلة الأيوني عالي الدقة (SHRIMP)، إلى معدل ترسيب في تكوينات الحديد الشريطية النموذجية يتراوح بين 19 و270 مترًا لكل مليون سنة، وهو ما يتوافق إما مع الطبقات الرسوبية السنوية أو مع الطبقات الإيقاعية الناتجة عن دورات المد والجزر. ^{[ 5 ]}

اقترح بريستون كلاود أن التَطَوُّج الميزوبانداتي ناتج عن التسمم الذاتي للبكتيريا الزرقاء البدائية نتيجةً لنضوب مخزون الحديد المُختزل دوريًا. ^{[ 29 ]} كما فُسِّر التَطَوُّج الميزوبانداتي على أنه بنية ثانوية، غير موجودة في الرواسب كما وُضِعت في الأصل، ولكنها نتجت أثناء انضغاط الرواسب. ^{[ 5 ]} وهناك نظرية أخرى مفادها أن التَطَوُّج الميزوبانداتي هي بنى أولية ناتجة عن نبضات من النشاط على طول سلاسل منتصف المحيط تُغيِّر من توافر الحديد المُختزل على مدى عقود. ^{[ 38 ]} في حالة تكوينات الحديد الحبيبية، تُعزى التَطَوُّج الميزوبانداتي إلى غربلة الرواسب في المياه الضحلة، حيث يميل فعل الأمواج إلى فصل الجزيئات ذات الأحجام والتركيبات المختلفة. ^{[ 5 ]}

لكي تترسب التكوينات الحديدية الشريطية، يجب استيفاء عدة شروط مسبقة. ^{[ 13 ]}

1. يجب أن يحتوي حوض الترسيب على مياه غنية بالحديد .
2. وهذا يعني أنها أيضاً خالية من الأكسجين، إذ يتأكسد الحديدوز إلى حديديك في غضون ساعات أو أيام بوجود الأكسجين المذاب. وهذا من شأنه أن يمنع انتقال كميات كبيرة من الحديد من مصادره إلى حوض الترسيب.
3. يجب ألا تكون المياه غنية بكبريتيد الهيدروجين ( اليوزينيك )، لأن هذا من شأنه أن يتسبب في ترسب الحديدوز على شكل بيريت .
4. لا بد من وجود آلية أكسدة نشطة داخل حوض الترسيب تعمل على تحويل خزان الحديدوز إلى حديديك بشكل مطرد.

مصدر للحديد المختزل

لا بد من وجود مصدر وفير للحديد المختزل قادر على الدوران بحرية في حوض الترسيب. ^{[ 5 ]} تشمل المصادر المحتملة للحديد الفتحات الحرارية المائية على طول سلاسل منتصف المحيط، والغبار الذي تحمله الرياح، والأنهار، والجليد الجليدي، والتسرب من هوامش القارات. ^{[ 13 ]}

من المرجح أن أهمية مصادر الحديد المختزل المختلفة قد تغيرت بشكل كبير عبر الزمن الجيولوجي. ويتجلى ذلك في تقسيم تكوينات الحديد الشريطية إلى رواسب من نوع ألغوما ورواسب من نوع بحيرة سوبيريور. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} تشكلت تكوينات الحديد الشريطية من نوع ألغوما بشكل أساسي في حقبة الأركي. وتميل هذه التكوينات الأقدم إلى إظهار شذوذ إيجابي في اليوروبيوم يتوافق مع مصدر حراري مائي للحديد. ^{[ 4 ]} في المقابل، تشكلت تكوينات الحديد الشريطية من نوع بحيرة سوبيريور بشكل أساسي خلال حقبة الباليوبوروتيروزويك ، وتفتقر إلى شذوذ اليوروبيوم الموجود في تكوينات الحديد الشريطية الأقدم من نوع ألغوما، مما يشير إلى مدخلات أكبر بكثير من الحديد المتجوّي من القارات. ^{[ 8 ] [ 42 ] [ 4 ]}

غياب الأكسجين أو كبريتيد الهيدروجين

يمكن تفسير غياب كبريتيد الهيدروجين في مياه المحيطات الخالية من الأكسجين إما بانخفاض تدفق الكبريت إلى أعماق المحيط أو بانعدام اختزال الكبريتات غير المتجانس (DSR)، وهي العملية التي تستخدم فيها الكائنات الدقيقة الكبريتات بدلاً من الأكسجين للتنفس. ينتج عن اختزال الكبريتات غير المتجانس كبريتيد الهيدروجين، الذي يرسب الحديد بسهولة من المحلول على شكل بيريت. ^{[ 30 ]}

يشير اشتراط وجود محيط عميق خالٍ من الأكسجين، وليس غنيًا بالكبريت، لترسيب تكوينات الحديد الشريطية، إلى وجود نموذجين لتفسير توقف ترسيب هذه التكوينات قبل 1.8 مليار سنة. يقترح نموذج "محيط هولاند" أن المحيط العميق أصبح غنيًا بالأكسجين بدرجة كافية في ذلك الوقت لوقف نقل الحديد المختزل. ويجادل هاينريش هولاند بأن غياب رواسب المنغنيز خلال فترة التوقف بين تكوينات الحديد الشريطية في حقبتي الباليوبوروتيروزويك والنيوبروتيروزويك دليل على أن المحيط العميق كان قد أصبح غنيًا بالأكسجين ولو بشكل طفيف. أما نموذج " محيط كانفيلد " فيقترح، على العكس من ذلك، أن المحيط العميق أصبح غنيًا بالكبريت، وأن نقل الحديد المختزل توقف بسبب ترسبه على شكل بيريت. ^{[ 30 ]}

تُغطى التكوينات الحديدية المخططة في شمال مينيسوتا بطبقة سميكة من المقذوفات الناتجة عن اصطدام حوض سادبري . اصطدم نيزك (يُقدر قطره بـ 10 كيلومترات ) بمياه يبلغ عمقها حوالي 1000 متر قبل 1.849 مليار سنة ، بالتزامن مع توقف ترسب التكوينات الحديدية المخططة. تشير النماذج الحاسوبية إلى أن الاصطدام قد ولّد تسونامي بارتفاع 1000 متر على الأقل عند نقطة الاصطدام، وارتفاع 100 متر على بُعد حوالي 3000 كيلومتر . يُعتقد أن الأمواج الهائلة والانهيارات الأرضية الكبيرة تحت الماء التي أحدثها الاصطدام تسببت في اختلاط مياه المحيط الطبقية سابقًا، وأكسجة أعماق المحيط، وتوقف ترسب التكوينات الحديدية المخططة بعد فترة وجيزة من الاصطدام. ^{[ 35 ]}          

أكسدة

على الرغم من أن كلاود جادل بأن النشاط الميكروبي كان عملية رئيسية في ترسيب تكوين الحديد المخطط، إلا أن دور التمثيل الضوئي الأكسجيني مقابل التمثيل الضوئي اللاهوائي لا يزال موضع نقاش، كما تم اقتراح عمليات غير بيولوجية أيضًا.

التمثيل الضوئي الأكسجيني

كانت فرضية كلاود الأصلية هي أن الحديدوز يتأكسد بطريقة مباشرة بواسطة الأكسجين الجزيئي الموجود في الماء: ^{[ 29 ] [ 13 ]}

4 Fe²⁺ ⁺ O₂ ₊ 10 H₂O → 4 Fe(OH) _{₃ +} 8 ^H⁺

يأتي الأكسجين من عمليات التمثيل الضوئي للبكتيريا الزرقاء. ^{[ 13 ]} وقد يكون أكسدة الحديدوز قد تسارع بفعل البكتيريا الهوائية المؤكسدة للحديد، والتي يمكنها زيادة معدلات الأكسدة بمقدار 50 ضعفًا في ظروف نقص الأكسجين. ^{[ 13 ]}

التمثيل الضوئي اللاهوائي

لا تُعدّ عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني الآلية البيولوجية الوحيدة لترسيب التكوينات الحديدية الشريطية. فقد أشار بعض علماء الجيوكيمياء إلى أن هذه التكوينات قد تتشكل عن طريق الأكسدة المباشرة للحديد بواسطة الكائنات الحية الدقيقة غير الأكسجينية ذاتية التغذية الضوئية . ^{[ 43 ]} وتتوافق تركيزات الفوسفور والمعادن النزرة في هذه التكوينات مع الترسيب الناتج عن نشاط البكتيريا المؤكسدة للحديد. ^{[ 44 ]}

تُفسر نسب نظائر الحديد في أقدم تكوينات الحديد المخططة (3700-3800 مليون سنة) في إيسوا، جرينلاند، على أفضل وجه من خلال افتراض مستويات منخفضة للغاية من الأكسجين (<0.001% من مستويات الأكسجين الحديثة _في المنطقة الضوئية) والأكسدة الضوئية غير المؤكسدة لـ Fe(II): ^{[ 20 ] [ 13 ]}

4 Fe²⁺ ⁺ 11 H₂O ₊ CO₂ ₊ hv → CH₂O ₊ 4 Fe(OH) _₃ + 8 ^H⁺

يتطلب هذا أن عملية اختزال الحديد غير المتجانس، وهي العملية البيولوجية التي تستبدل فيها الكائنات الدقيقة الحديد الثلاثي بالأكسجين في عملية التنفس، لم تكن منتشرة على نطاق واسع آنذاك. ^{[ 20 ]} في المقابل، تُظهر تكوينات الحديد الشريطية من نوع بحيرة سوبيريور نسب نظائر الحديد التي تشير إلى أن عملية اختزال الحديد غير المتجانس قد توسعت بشكل كبير خلال هذه الفترة. ^{[ 45 ]}

ثمة مسار بديل يتمثل في الأكسدة بواسطة البكتيريا اللاهوائية المختزلة للنترات . ويتطلب ذلك أن يكون تثبيت النيتروجين بواسطة الكائنات الدقيقة نشطًا أيضًا. ^{[ 13 ]}

10 Fe²⁺ ⁺ 2 NO₃⁻ + 24 H₂O → ₁₀ Fe(OH) _₃ + N₂ ₊ 18 ^H⁺

آليات غير حيوية

يشير غياب الكربون العضوي في تكوينات الحديد المخططة إلى عدم سيطرة الكائنات الحية الدقيقة على ترسب هذه التكوينات. ^{[ 46 ]} من جهة أخرى، توجد أدلة أحفورية على وفرة البكتيريا الزرقاء الضوئية في بداية ترسب تكوينات الحديد المخططة ^{[ 5 ]} ، وعلى وجود مؤشرات هيدروكربونية في الصخور الطينية ضمن تكوينات الحديد المخططة في منطقة بيلبارا. ^{[ 47 ]} يتميز الكربون الموجود في تكوينات الحديد المخططة بتركيز عالٍ من النظير الخفيف، ^12C ، وهو مؤشر على أصل بيولوجي. إذا كان جزء كبير من أكاسيد الحديد الأصلية على شكل هيماتيت، فمن المحتمل أن يكون أي كربون في الرواسب قد تأكسد بفعل تفاعل إزالة الكربون: ^{[ 2 ]}

6 Fe ₂ O ₃ + C ⇌ 4 Fe ₃ O ₄ + CO ₂

اقترح ترندال وجي جي بلوكلي فرضية أن تكوين الحديد المخطط قد يكون نوعًا فريدًا من المتبخرات ما قبل الكمبري ، لكنهما رفضاها لاحقًا . ^{[ 5 ]} تشمل العمليات غير الحيوية الأخرى المقترحة التحلل الإشعاعي بواسطة النظير المشع للبوتاسيوم ، ^40K ، ^{[ 48 ]} أو التجدد السنوي لمياه الحوض المصحوب بتيارات صاعدة من المياه الغنية بالحديد في محيط طبقي. ^{[ 46 ]}

من الآليات غير الحيوية الأخرى الأكسدة الكيميائية الضوئية للحديد الثنائي بواسطة ضوء الشمس. تشير التجارب المخبرية إلى أن هذه العملية قد تُنتج معدل ترسيب مرتفعًا بما يكفي في ظل ظروف الأس الهيدروجيني وضوء الشمس المُحتملة. ^{[ 49 ] [ 50 ]} مع ذلك، إذا كان الحديد قادمًا من مصدر حراري مائي ضحل، فإن تجارب مخبرية أخرى تُشير إلى أن ترسيب الحديدوز على شكل كربونات أو سيليكات قد يُنافس الأكسدة الضوئية بشكلٍ كبير. ^{[ 51 ]}

التحول اللاحق

بغض النظر عن آلية الأكسدة الدقيقة، يُرجح أن أكسدة الحديدوز إلى حديديك قد تسببت في ترسب الحديد على شكل هلام هيدروكسيد الحديديك . وبالمثل، يُرجح أن مكون السيليكا في تكوينات الحديد المخططة قد ترسب على شكل هلام سيليكا مائي. ^{[ 5 ]} يُعد تحول هيدروكسيد الحديد وهلام السيليكا إلى تكوينات الحديد المخططة مثالاً على التحول الصخري ، أي تحول الرواسب إلى صخور صلبة.

توجد أدلة تشير إلى أن تكوينات الحديد الشريطية تشكلت من رواسب ذات تركيب كيميائي يكاد يكون مطابقًا للتركيب الموجود في هذه التكوينات اليوم. تُظهر تكوينات الحديد الشريطية في سلسلة جبال هامرسلي تجانسًا كيميائيًا كبيرًا وانتظامًا جانبيًا، دون أي مؤشر على وجود صخور سابقة ربما تكون قد تغيرت إلى تركيبها الحالي. يشير هذا إلى أنه، باستثناء الجفاف وإزالة الكربون من هيدروكسيد الحديديك وهلام السيليكا الأصليين، من المرجح أن عملية التحول الصخري أبقت التركيب دون تغيير، واقتصرت على تبلور الهلامات الأصلية. ^{[ 5 ]} قد تُفسر إزالة الكربون نقص الكربون وغلبة الماغنيتيت في تكوينات الحديد الشريطية الأقدم. ^{[ 2 ]} يشير المحتوى العالي نسبيًا من الهيماتيت في تكوينات الحديد الشريطية في العصر النيوبروتيروزوي إلى أنها ترسبت بسرعة كبيرة وعبر عملية لم تُنتج كميات كبيرة من الكتلة الحيوية، مما أدى إلى وجود كمية قليلة من الكربون لاختزال الهيماتيت إلى ماغنيتيت. ^{[ 13 ]}

مع ذلك، من المحتمل أن يكون تكوين الحديد الشريطي قد تحول من الصخور الكربوناتية ^{[ 52 ]} أو من الطين الحراري المائي ^{[ 53 ]} خلال المراحل المتأخرة من عملية التحول الصخري. وقد وجدت دراسة أجريت عام 2018 عدم وجود دليل على أن الماغنيتيت في تكوين الحديد الشريطي قد تشكل عن طريق إزالة الكربونات، وتشير إلى أنه تشكل من التحلل الحراري للسيديريت عبر التفاعل

3 FeCO ₃ + H ₂ O → Fe ₃ O ₄ + 3 CO ₂ + H ₂

ربما ترسب الحديد في الأصل على شكل غريناليت وسيليكات حديدية أخرى. ويُفسر التطبق الكبير على أنه ناتج عن انضغاط طين سيليكات الحديد الأصلي. وقد أدى ذلك إلى تكوين طبقات غنية بالسيدريت شكلت مسارات لتدفق السوائل وتكوين الماغنيتيت. ^{[ 54 ]}

أحداث الأكسدة الكبرى

يُفسَّر ذروة ترسب تكوينات الحديد الشريطية في أواخر العصر الأركي، ونهاية الترسب في العصر الأوروسيري، على أنهما مؤشران على حدث الأكسجة العظيم. قبل 2.45 مليار سنة، تشير الدرجة العالية من التجزئة المستقلة عن الكتلة للكبريت (MIF-S) إلى غلاف جوي فقير للغاية بالأكسجين. تتزامن ذروة ترسب تكوينات الحديد الشريطية مع اختفاء إشارة MIF-S، وهو ما يُفسَّر على أنه ظهور دائم للأكسجين في الغلاف الجوي بين 2.41 و2.35 مليار سنة مضت. وقد ترافق ذلك مع تطور محيط طبقي ذي طبقة عميقة خالية من الأكسجين وطبقة سطحية مؤكسدة. تُعزى نهاية ترسب تكوينات الحديد الشريطية قبل 1.85 مليار سنة إلى أكسدة المحيط العميق. ^{[ 30 ]}

فرضية الأرض المتجمدة

حتى عام 1992 ^{[ 55 ]} ، كان يُفترض أن رواسب الحديد الشريطية النادرة، المتأخرة (الأحدث)، تمثل ظروفًا غير عادية حيث انخفض الأكسجين محليًا. كانت المياه الغنية بالحديد تتشكل حينها بمعزل عن غيرها، ثم تتلامس مع المياه المؤكسجة. وقدّمت فرضية الأرض المتجمدة تفسيرًا بديلًا لهذه الرواسب الأحدث. ففي حالة الأرض المتجمدة، تعرّضت القارات، وربما البحار في خطوط العرض المنخفضة، لعصر جليدي شديد بين 750 و580 مليون سنة مضت، مما أدى إلى استنزاف الأكسجين الحر تقريبًا أو كليًا. ثم تراكم الحديد المذاب في المحيطات الفقيرة بالأكسجين (ربما من الفتحات الحرارية المائية في قاع البحر). ^{[ 56 ]} بعد ذوبان الجليد، أصبحت البحار مؤكسجة مرة أخرى، مما تسبب في ترسب الحديد. ^{[ 5 ] [ 4 ]} وترتبط تكوينات الحديد الشريطية لهذه الفترة بشكل أساسي بالتجلد الستورتي . ^{[ 57 ] [ 13 ]}

تشير آلية بديلة لتكوينات الحديد الشريطية في عصر الأرض المتجمدة إلى أن الحديد ترسب من محاليل ملحية غنية بالمعادن بالقرب من مناطق الصدع النشطة حراريًا مائيًا ^{[ 58 ]} نتيجةً لانقلاب حراري مدفوع بالنشاط الجليدي. ^{[ 59 ] [ 57 ]} يدعم هذه الفرضية الامتداد المحدود لهذه التكوينات مقارنةً بالرواسب الجليدية المصاحبة لها، وارتباطها بالتكوينات البركانية، وتفاوت سمكها وخصائصها. لا يتطلب هذا النمط من التكوين وجود محيط عالمي خالٍ من الأكسجين، ولكنه يتوافق مع نموذج الأرض المتجمدة أو نموذج الأرض الموحلة . ^{[ 59 ] [ 13 ]}

تُشكّل التكوينات الحديدية الشريطية معظم خام الحديد المُستخرج حاليًا. ^{[ 6 ]} أكثر من 60% من احتياطيات الحديد العالمية موجودة على شكل تكوينات حديدية شريطية، ويوجد معظمها في أستراليا والبرازيل وكندا والهند وروسيا وجنوب إفريقيا وأوكرانيا والولايات المتحدة. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

أطلقت مناطق التعدين المختلفة أسماءً خاصة بها على تكوينات الحديد الشريطية. وقد شاع مصطلح "تكوين الحديد الشريطي" في مناطق الحديد ببحيرة سوبيريور ، حيث عُرفت رواسب خام الحديد في نطاقات ميسابي وماركيت وكويونا وجوجيبك ومينوميني بأسماء مختلفة مثل "الياسبر" و"الجاسبيليت" و"التكوين الحامل للحديد" أو التاكونيت . ووُصفت تكوينات الحديد الشريطية باسم "الإيتاباريت" في البرازيل، و"حجر الحديد" في جنوب إفريقيا، و"BHQ" (كوارتزيت الهيماتيت الشريطي) في الهند. ^{[ 6 ]}

اكتُشفت تكوينات الحديد المخططة لأول مرة في شمال ميشيغان عام 1844، وحفّز استخراج هذه الرواسب إجراء أولى الدراسات حولها، مثل دراسات تشارلز ر. فان هايس وتشارلز كينيث ليث . ^{[ 5 ]} تطورت عمليات تعدين الحديد في سلسلتي جبال ميسابي وكويونا إلى مناجم ضخمة مكشوفة ، حيث استطاعت الجرافات البخارية وغيرها من الآلات الصناعية استخراج كميات هائلة من الخام. في البداية، استغلت المناجم طبقات كبيرة من الهيماتيت والجوثيت المتآكلة من تكوينات الحديد المخططة، وبحلول عام 1980، تم استخراج حوالي 2,500,000,000 طن (2.5 × 10⁹ طن ^طويل ؛ 2.8 × 10⁹ طن قصير) ^{من هذا "الخام الطبيعي". [ 60 ]} وبحلول عام 1956، بدأ الإنتاج التجاري واسع النطاق من تكوينات الحديد المخططة نفسها في منجم بيتر ميتشل بالقرب من بابيت، مينيسوتا . ^{[ 61 ]} بلغ إنتاج مينيسوتا 40 مليون طن (39 مليون طن إنجليزي؛ 44 مليون طن أمريكي) من مركزات الخام سنويًا في عام 2016، أي ما يعادل حوالي 75% من إجمالي الإنتاج الأمريكي. ^{[ 60 ]} تُطحن تكوينات الحديد الشريطية الغنية بالمغنيتيت، والمعروفة محليًا باسم التاكونيت، إلى مسحوق، ثم يُفصل المغنيتيت باستخدام مغناطيسات قوية ويُكبس على شكل كريات للشحن والصهر. ^{[ 62 ]}  

أصبح خام الحديد سلعة عالمية بعد الحرب العالمية الثانية ، ومع انتهاء الحظر المفروض على تصدير خام الحديد من أستراليا عام 1960، تحولت سلسلة جبال هامرسلي إلى منطقة تعدين رئيسية. ^{[ 5 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} وتُعدّ تكوينات الحديد الشريطية فيها الأسمك والأوسع في العالم، ^{[ 4 ] [ 26 ]} حيث كانت تغطي في الأصل مساحة 150,000 كيلومتر مربع (58,000 ميل مربع) وتحتوي على حوالي 300 مليار طن (3.0 × 10¹¹ طن ^طويل ؛ 3.3 × 10¹¹ طن قصير) ^من الحديد. ^{[ 26 ]} وتضم هذه السلسلة الجبلية 80% من إجمالي احتياطيات خام الحديد المُكتشفة في أستراليا. ^{[ 63 ]} يتم استخراج أكثر من 100 مليون طن (98 مليون طن طويل؛ 110 مليون طن قصير) من خام الحديد من المنطقة كل عام. ^{[ 64 ]}  

تغطي تكوينات الحديد الشريطية من نوع إيتابارايت في البرازيل مساحة لا تقل عن 80,000 كيلومتر مربع (31,000 ميل مربع)، ويصل سمكها إلى 600 متر (2,000 قدم) . ^{[ 7 ]} تُشكل هذه التكوينات ما يُعرف باسم " المربع الحديدي" ، والذي يُشبه مناجم "آيرون رينج" في الولايات المتحدة، حيث يُعدّ الهيماتيت الخام المُفضّل فيها، والذي يتآكل من داخل هذه التكوينات. ^{[ 65 ]} يُساهم إنتاج "المربع الحديدي" في جعل البرازيل ثاني أكبر مُنتج لخام الحديد بعد أستراليا، حيث بلغ متوسط ​​صادراتها الشهرية 139,299 طنًا (137,099 طنًا إنجليزيًا؛ 153,551 طنًا أمريكيًا) خلال الفترة من ديسمبر 2007 إلى مايو 2018. ^{[ 66 ]} 

Mining of ore from banded iron formations at Anshan in north China began in 1918. When Japan occupied Northeast China in 1931, these mills were turned into a Japanese-owned monopoly, and the city became a significant strategic industrial hub during the Second World War. Total production of processed iron in Manchuria reached 1,000,000 t (980,000 long tons; 1,100,000 short tons) in 1931–1932. By 1942, Anshan's Shōwa Steel Works total production capacity reached 3,600,000 t (3,500,000 long tons; 4,000,000 short tons) per annum, making it one of the major iron and steel centers in the world.^[67] Production was severely disrupted during the Soviet occupation of Manchuria in 1945 and the subsequent Chinese Civil War. However, from 1948 to 2001, the steel works produced 290,000,000 t (290,000,000 long tons; 320,000,000 short tons) 290 million tons of steel, 284,000,000 t (280,000,000 long tons; 313,000,000 short tons) of pig iron and 192,000,000 t (189,000,000 long tons; 212,000,000 short tons) of rolled steel. Annual production capacity as of 2006 is 10,000,000 t (9,800,000 long tons; 11,000,000 short tons) of pig iron, 10,000,000 t (9,800,000 long tons; 11,000,000 short tons) of steel and 9,500,000 t (9,300,000 long tons; 10,500,000 short tons) of rolled steel. A quarter of China's total iron ore reserves, about 10,000,000,000 t (9.8×10⁹ long tons; 1.1×10¹⁰ short tons), are located in Anshan.^[68]

• Iron-rich sedimentary rocks – Sedimentary rocks containing 15 wt.% or more iron
• Stromatolite – Layered sedimentary structure

• الوسائط المتعلقة بتكوين الحديد المخطط على ويكيميديا ​​كومنز
• تكوين الحديد المخطط في موسوعة بريتانيكا
• "الياسمين"  . الموسوعة الأمريكية . 1920.