A sávos vasérc 

Kevés olyan kőzetet ismerünk, amely ma nem képződik a Földön, kivételt képezve a geológiai egyik alappillérének tekintett aktualizmus elve alól. Ilyen a vasban és kovában dús rétegek váltakozásából felépülő sávos vasérc, melynek legfiatalabb ismert előfordulása is több mint 630 millió éves, de képződésének csúcsa két és fél milliárd évvel ezelőtt volt. A bányászat számára értékes nyersanyag kialakulásához vezető folyamatokról sok új adat gyűlt össze és új elméletek születettek a közelmúltban. Jobban, de még mindig nem teljesen értjük, hogy miért sávos, honnan származott a vas és a kova, és mi határozta meg térbeli és időbeli elterjedését. A sávos vasérc sokat elárul a földtörténet korai szakaszának különleges környezeti viszonyairól és mikrobiális életközösségeiről.

A világ jó minőségű vasérckészletének mintegy kétharmadát a földtörténet korai szakaszában, az archaikumban és a proterozoikumban képződött sávosvasérc-formációk (angol nevükből képzett betűszóval BIF-ek) szolgáltatják. A BIF-ek óriási gazdasági jelentősége mellett kutatásuk tudományosan is páratlanul izgalmas, mert a Föld régmúltjába engednek bepillantást, az évmilliárdokkal ezelőtti környezet vonásainak lenyomatát őrzik. Az ősi környezet a maitól gyökeresen különbözhetett, hiszen BIF-ek kizárólag a Föld korai fejlődéstörténete során keletkeztek. Ezeknek a körülményeknek a megértése modern analógia hiányában rendkívül nehéz, így az intenzív kutatások ellenére a mai napig számos megoldatlan kérdés övezi a sávosvasérc-formációk képződését.

1. ábra. Sávos vasérc (a sötét vas-oxidos rétegek vörös jáspisos kovarétegekkel váltakoznak)

A BIF-ek tengeri üledékes kőzetek, általában jól kifejlett sávosság figyelhető meg bennük, vasban és kovában gazdag rétegek váltják egymást (1. ábra). Képződésükhöz oxigénszegény (anoxikus) körülmények szükségesek. Leegyszerűsítve, a vas viselkedését a tengervízben két kationjának eltérő oldhatósága szabályozza: míg a redukált Fe(II) oldatban marad, az oxidált Fe(III) kicsapódik. Ma minden kontinens legidősebb kéregdarabjain (az archaikumi kratonokon) találni BIF-eket. A legfontosabb és legnagyobb sávosvasérc-telepek a nyugat-ausztráliai Hamersley-medencében (2. ábra), a dél-afrikai Transvaal-medencében, Észak-Amerikában a Felső-tó vidékén (3. ábra), Dél-Amerikában pedig Brazíliában találhatóak, de ide tartozik a hazai ipar számára fontos ukrajnai Krivij Rih is (4. ábra). Egyes nagy vasércformációk területi kiterjedése elérheti a 105 km²-t (azaz hazánk területénél is nagyobb), vastagságuk pedig több száz méter is lehet. Méretük főként attól függ, hogy milyen tektonikai környezetben rakódtak le. A nagyobbak a kratonokhoz kapcsolódó tektonikailag nyugodt selfeken, azaz a kontinenseknek a tenger felé enyhén lejtő, vízzel borított peremén rakódtak le. Ezzel szemben a kisebbek aktív tektonikai környezetben, tenger alatti vulkánosság övezeteiben képződtek.

2. ábra. BIF külfejtése (Pilbara-bánya, Ausztrália)

A legidősebb sávos vasércet Grönland és Kanada 3,8 milliárd évvel ezelőtt, a kora archaikumban képződött kőzetsorozataiból ismerjük. A legfiatalabb BIF neoproterozoikumi, kora 635 millió év. Ez alatt a bő három milliárd év alatt távolról sem egyenletes a mennyiségi eloszlásuk. A BIF képződésének men.nyisége és ideje a környezeti rendszerek tulajdonságaival függ össze, elsősorban a légkör és az óceán redox viszonyaival. A legnagyobb men.nyiségben az archaikum és proterozoikum átmenete táján, 2,6 milliárd éve képződtek sávosvasérc-formációk, majd ennek a csúcsnak mintegy 2,4 milliárd éve a Nagy Oxigéndúsulási Esemény (NODE) vetett véget. Az oxigénszint növekedése elérte az óceán mély részeit is, így visszaszorult a BIF képződése számára fontos reduktív környezet. Ebben az időben az óceáni vulkanizmushoz kötődő hidrotermás tevékenység is csökkent, melyre geokémiai adatok utalnak. Ezáltal a vulkáni eredetű oldatokból kevesebb, a BIF képződéséhez nélkülözhetetlen vas került a tengervízbe. Hiába vált azonban oxidatívvá az atmoszféra és vele együtt egy időre a hidroszféra is, a NODE után 500 millió évvel meglepő módon ismét világszerte újra képződtek vasércformációk. Ehhez az volt szükséges, hogy a légköri és az óceáni rendszer viselkedése és redox állapota elváljon egymástól. Ezzel magyarázható, hogy a légköri oxigénszint növekedése ellenére az óceánban ismét kedvező körülmények alakultak ki a BIF-ek második képződési csúcsához. A sávos vasércek 1,88 milliárd évvel ezelőtti visszatérése egybeesik a földtörténet egy olyan szakaszával, amikor a magmás tevékenységben, az óceáni és a kontinentális kéregképződésben újabb csúcs figyelhető meg. Abban az időben egyszerre több nagy magmás provincia alakult ki, ami intenzív, köpenyeredetű forró anyagáramlásra utal. A megnövekedett köpenyaktivitás során a földköpeny és földmag határáról kiinduló forró köpenyanyag-feláramlások, plúmok elérték a felszínt. A plúmokhoz kötődő hidrotermás tevékenység növelte a tengerbe jutó vas men.nyiségét, és mind a kontinentális, mind az óceáni kérgen képződött, vasban gazdag magmatitok eróziója szintén növelte a vas koncentrációját a tengervízben. A plúmok erőteljes környezeti és éghajlati hatása lassította az óceánvíz cirkulációját, továbbá a vulkáni eredetű hidrogén, metán, és mangán is hozzájárult a reduktív, oxigénszegény viszonyok kialakulásához. A vasércformációk képződésének ez a második, rövid csúcsa akkor ért véget, amikor a globális köpenyeredetű magmatizmus is lecsengett.

3. ábra. Sávosvasérc-bánya (Hull–Rust–Mahoning külfejtés, Minnesota, USA)

A földtörténet utolsó olyan időszaka, amikor rövid időre újból visszatért a BIF-ek képződése, 800 és 600 millió év közé esik a neoproterozoikumban, amikor az atmoszféra továbbra is oxidatív volt. Ennek magyarázatául ismét egy, az óceánok állapotát befolyásoló esemény szolgál. Az anoxikus körülmények mellett az is szükséges, hogy ne legyen nagy a tengervízben oldott szulfid mennyisége, mert akkor a Fe(II) azzal együtt temetődik el és nem lesz képes Fe(III)-á alakulni. A főleg Kanadában, Brazíliában és Namíbiában előforduló neoproterozoikumi vasércformációk különlegessége, hogy jég által szállított üledékek kapcsolódnak hozzájuk. Ekkoriban a Föld máskor soha nem látott, teljesen eljegesedett állapotba került, amit az utóbbi évtizedekben kidolgozott Hógolyó Föld elmélete ír le. A teljesen befagyott óceánok vize nem tudott megfelelően keveredni, ilyenkor a Fe(II) koncentrációja megnőhetett. A kontinensek jég borította felszíne pedig megakadályozta, hogy a szárazföldi mállás következtében sok szulfát jusson az óceánokba. Az eljegesedések végén, az óceáni vízkörzés helyreállásakor, a korábbi szélsőséges körülmények között felgyülemlett Fe(II) a fenékvíz feláramlása útján elérte az újra oxidatívvá váló felső vízréteget, és kicsapódva BIF képződését eredményezte.

4. ábra. A sávosvasérc-telepek tér- és időbeli elterjedése (Bekker et al. 2010 nyomán) (nagyobb méretben)

A vas forrása

Valamennyi elmélet egyik sarokpontja a BIF-ekben felhalmozódott vas forrásának tisztázása. A korábbi elképzelések szerint a kontinenseket felépítő kőzetek mállásából származott a vas, amely az atmoszféra akkori alacsony oxigéntartalma miatt Fe(II) formájában eljuthatott az óceánokig anélkül, hogy oxidálódott volna. A folyók azonban oldott anyagok mellett lebegtetett üledéket is szállítanak az óceánokba, de a BIF-ekben mégsem található számottevő mennyiségű szárazföldi eredetű üledékszemcse. Az ellentmondás feloldásában és a vas más lehetséges forrásának azonosításában a mélyvízi hidrotermás rendszerek, a „fekete füstölők” 1970-es évekbeli felfedezése segített. Geokémiai bizonyítékokkal igazolható, hogy valóban ezekből a rendszerekből származik a vas. A sávosvasérc-formációkban a ritkaföldfémek közül az európium a többi hasonló elemhez képest dúsul, ami a hidrotermás oldatoknak a tengervíz összetételére gyakorolt hatására utal. Az európium dúsulásához ugyanis erősen reduktív körülmények szükségesek, amit a hidrotermás oldatok teremtettek meg. A redox viszonyokra érzékeny európium viselkedése megváltozik, amikor az Eu(III) Eu(II)-á redukálódik. Mivel a két vegyértékű változat kevésbé kötődik más anyagokhoz, ezért a fekete füstölőkből kiáramló fluidumok európiumban gazdagodnak a többi ritkaföldfémhez képest. Az anomália mértéke jól összefügg a vasércformációk térbeli és időbeli előfordulásával. Az európium dúsulása az óceáni vulkáni hidrotermás területek közelében képződött BIF-ek jellemzője. Érdekes, hogy az idősebb, archaikumi vasércekben megfigyelt anomália a késői paleoproterozoikumra csökken, a legfiatalabb, Hógolyó Földön keletkezett BIF-ekre pedig egyáltalán nem jellemző. Ennek magyarázata az archaikumi Föld lényegesen nagyobb hőtermelése, amire a magas olvadáspontú ásványokból álló, magas hőmérsékleten kristályosodott kőzetek, pl. a csak az archaikumban képződött komatiit utal. A lecsengő európium anomália a hidrotermás oldatok hőmérsékletének és ezzel együtt a köpeny hőmérsékletének csökkenését mutatja.

Az európium mellett egy másik ritkaföldfém, a neodímium is felhasználható a vas hidrotermás eredetének igazolására. A radiogén 143Nd izotóp a radioaktív 147Sm bomlása útján jön létre. A két elem viselkedése a magmás kőzetképződés során eltérő. A szamárium az olvadás és a kristályosodás során inkább az olvadékban dúsul, míg a neodímium koncentrációja a szilárd fázisban nagyobb. A kontinentális kéreg kőzeteiből a szárazföldi mállás révén, a folyóvizekkel az óceánba jutó neodímium 143Nd/144Nd izotóparánya viszonylag alacsony. Ezzel szemben az óceáni kéreg köpenyeredetű kőzeteiben és az azokhoz kapcsolódó hidrotermás rendszerekben az olvadékfázisban helyben képződő radiogén 143Nd megemeli az izotóparányt, amely így felhasználható a ritkaföldfémek és ezzel együtt más fémek forrásának azonosítására. A sávos vasércek esetében az Nd izotópok aránya egyértelműen köpenyszerű értékeket ad, és kizárja a kontinentális kéregeredetet. A „high-tech” iparban az erős mágnesekhez használt és a lézergyártásban is fontos ritkaföldfémek a geokémikusok segítségével így válnak a földtörténeti kutatásokban is nélkülözhetetlenné.

A vas oxidációja

Ha tisztázódott is a sávos vasércek fő ös.szetevőjének az eredete, továbbra sem egyértelmű, hogy milyen folyamat vezetett az oldott Fe(II) oldhatatlan Fe(III)-á való átalakulásához. A vas oxidációjának és kiválásának a folyamatára három különböző magyarázat is felmerült, nem kell azonban azt feltételeznünk, hogy ezek közül csak az egyik lehet helyes (5. ábra). A sávos vasérc képződésével jellemezhető hosszú földtörténeti alatt a Föld folyamatosan változott, például a légkör egyre oxidatívabb lett. A változó környezeti adottságok mellett valószínű, hogy a BIF-ek képződése sem mindvégig egyféle módon ment végbe.

5. ábra. A Fe(II) oxidációjának három lehetséges modellje (Bekker et al. 2010 nyomán)

A hagyományos modell cianobaktériumok életműködéséhez köti a vas átalakulásának folyamatát. A kékmoszatoknak is nevezett cianobaktériumok a Föld legősibb élő szervezetei közé tartoznak, fotoszintézist végeznek, ami közben oxigén szabadul fel. A klasszikus BIF keletkezési elmélet szerint az átvilágított, sekély vízben, ahol elegendő tápanyag van, a baktériumok elszaporodnak. A másik alapfeltételnek az oldott Fe(II) általános jelenlétét tekintették az óceánokban. Ahol sok fotoszintetizáló cianobaktérium élt, ott várható a sávosvasérc-formációk képződése, megkötve a mikrobiális eredetű oxigént. Problémát jelent azonban, hogy ezzel a modellel csupán a vas-oxid jelenlétét lehet magyarázni a BIF-ekben, de azokban ezen a fázison kívül szilikátos, karbonátos és szulfidos ásványok is találhatóak. Az elmélet azt feltételezi, hogy már kialakult a fotoszintézis és ez által rendelkezésre állt az óceánokban oldott oxigén. Felmerül a kérdés, hogy mikor indult be a fotoszintézis és mikor lett elegendő oxigén az ősi óceánokban a Fe(II) oxidációjához. A cianobaktériumok által létrehozott, mikrolemezes szerkezetű üledékes kőzetek, a sztromatolitok 3,5 milliárd éve jelentek meg. A redox viszonyok változására érzékenyen reagáló elemek, a króm és molibdén vizsgálata szerint viszont csak 2,4–2,2 milliárd év között növekedett meg számottevően az atmoszferikus oxigén koncentrációja. Valószínű, hogy az idősebb sztromatolitokat létrehozó mikrobák anoxigenikus fotoszintetizálók lehettek. Ezek a vizsgálatok és megfigyelések tehát nem adnak választ arra, hogy a 2,5 milliárd éves és annál idősebb sávosvasérc-formációk milyen folyamatokkal jöttek létre szabad oxigén hiányában.

A mikrobiológiai ismeretek fejlődése a geológia számára is megtermékenyítő hatású. A geobiológia újszerű, interdiszciplináris tudományterülete sokat újat hozott a BIF-ek kutatásában. Az élő szervezetek, kicsik és nagyok egyaránt, redukciós és oxidációs reakciókat felhasználva nyerik az életben maradásukhoz és növekedésükhöz szükséges energiát. Habár az élővilágban az aerob, tehát az O2-t felhasználó légzés a legelterjedtebb, más módjai is vannak a tág értelemben vett légzésnek (respirációnak), melyek során az organizmusok az oxigén helyett egyéb elemeket használnak fel, például nitrogént, ként vagy olyan fémeket, mint a vas vagy a magnézium. Újabb vizsgálatok szerint az ilyen alternatív energiaforrást felhasználó baktériumoknak a sávos vasérc képződésében is szerepük lehetett, a Fe(II) oxidációját kemolitotróf mikrobák hajthatták végre. Kemolitotrófnak nevezzük azokat az élőlényeket, melyek az energiát szervetlen anyagok oxidálásával nyerik, és ezt a kémiai energiát használják fel a szén-dioxid megkötéséhez. Savas körülmények között az ilyen oxidációból csak kevés energia származik, ezért ezeknek a baktériumoknak sok vasat kell oxidálniuk növekedésük biztosítására. A folyamat során keletkezett vas Fe(OH)3 formájában válik ki a vízben. Annak ellenére, hogy a Fe(II) neutrális körülmények között instabil, néhány vas-oxidáló baktérium ilyen körülmények között virágzik, rendszerint anoxikus és oxikus környezeti határfelületen. Ilyen élőlény például a Gallionella ferruginea, melynek a mai légköri oxigénszintnél jóval kevesebbre van szüksége, metabolizmusához pedig oxigén mellett vasat és szén-dioxidot használ fel. Alacsony oxigénszint mellett ezeknek a szervezeteknek kiemelkedő szerepük lehetett a vas körforgásában, mert az abiotikus folyamatoknál gyorsabban végzik az oxidációt.

A Fe(II) anoxikus körülmények között más módon is oxidálódhat, anaerob fototróf baktériumok által. Ebben az esetben a baktériumok a Fe(II)-t elektron donorként használják a CO₂ redukciójához. Kísérleti eredmények szerint különböző bíbor és zöld baktériumok is képesek arra, hogy a Fe(II)-t redukálószerként használják a CO₂ megkötése, azaz a szerves anyag szintézise során. Mindezeknek a felfedezéseknek fontos következményei vannak a fotoszintézis fejlődésének és a sávos vasércek képződésének megértésében egyaránt. Ezáltal megkérdőjeleződött a korábbi feltételezés, mely szerint a BIF-ekben található Fe(III)-oxidok a szabad oxigén jelenlétét igazolják.

Az új elmélet igazolásának érdekében azt is vizsgálták, hogy az anaerob baktériumok képesek lehettek-e a sávos vasércek képződéséhez elegendő mennyiségű Fe(II) oxidálására. Megkísérelték megbecsülni a ma ismert hatalmas érctelepek létrehozásához szükséges mikroorganizmusok számát. Fontos figyelembe venni, hogy ezek a baktériumok nem a vízoszlop legfelső részén éltek, ezért a fénynek csak korlátozott hullámhosszúságú része jutott le a hozzájuk. A kísérletek szerint viszont a mélyebb vízben is fenntartható az oxidáció, bár ennek mértéke kisebb a fény teljes spektrumán megfigyelhetőhöz képest. Az eredmények arra utalnak, hogy ezek a baktériumok akár önmagukban is elvégezhették a feláramló vas oxidálását, még mielőtt az elért volna a sekélyebb, cianobaktériumok által benépesített vízrétegekbe. A BIF-telepek képződéséhez szükséges baktériumok száma függ az adott lerakódási terület nagyságától, az összes vas mennyiségétől, a vasban gazdag rétegek sűrűségétől és a baktériumok növekedési rátájától. A bakteriális oxidáció helyszínéül mintegy száz méter vastag zónát feltételezve, olyan sejtsűrűség adódik eredményül, amelynél a mai anoxikus tavakban akár jóval több mikroorganizmus is él. Az elmélet helyessége mellett szól az is, hogy ezzel nem csupán a vas-oxidok jelenlétét lehet megérteni és magyarázni. A redukált szerves szénnek a korai diagenezis során történő oxidációja során a Fe(III) elektron akceptorként szolgálhat, így az üledék lerakódása után annak egy része újra redukálódhatott, így lehetővé téve a vas előfordulását mindkét oxidációs állapotban. További bizonyítékot jelent a folyamat során képződő karbonátos ásványok szénizotóp-összetétele. Ezek a könnyebb, ¹²C izotópban gazdagok, ami összhangban van a bakteriális folyamatokkal, hiszen az élő szervezetek mindig a könnyebb szénizotópot preferálják a szervesanyag-szintézis során. A baktériumok szerepének igazolásához azt is fontos számba venni, hogy elegendő tápanyag állhatott-e rendelkezésükre a növekedésük biztosításához. Ez a feltétel a BIF-ekben megőrződött nyomelemek és más nutriensek mennyisége alapján teljesült. A kísérletek eredményein kívül a baktériumok szerepének jelentőségére hívja fel a figyelmet a leszármazási kapcsolatok vizsgálata is. Az anaerob fotoszintézis bizonyíthatóan ősibb eredetű, mint a cianobaktériumok által képviselt aerob fotoszintézis. Az archaikumban nagy mennyiségben rendelkezésre álló Fe(II)-t jól tudták hasznosítani ezek az ősi baktériumok. Ma is léteznek olyan Fe(II)-ban gazdag tavak, például az Indonéziában található Matano-tó, ahol az átvilágított felső vízrétegben sok anaerob fototróf zöld kénbaktérium él, amelyek szulfid hiányában a Fe(II) oxidációját használják fel. Az 590 méter mély Matano-tó a felső, oxigénben gazdag vízréteg alatt anoxikus, szulfátmentes és vasban gazdag. Ezek a sajátosságok alkalmassá teszik a tavat arra, hogy kicsiben az archaikumi óceán mai analógiájaként szolgáljon, ami kiemelkedően fontos az anaerob fototróf mikrobiális tevékenység és a sávosvasérc-formációk kapcsolatának megértésében. Nem csoda, hogy kanadai és amerikai kutatók újabban gyakran keresik fel az indonéziai őserdő mélyén meghúzódó tavat további tudományos vizsgálatok céljából.

Az anaerob baktériumok mellett az ultraibolya fény is alkalmas arra, hogy oxigén nélkül Fe(III)-oxidokat hozzon létre. Így merült fel annak a lehetősége, hogy a légköri ózonpajzs kialakulását megelőzően, a Földet érő nagy mennyiségű UV-foton okozhatta a vas oxidációját. Kísérleti eredmények alapján azonban úgy tűnik, hogy mégsem ez a mechanizmus állhat a sávos vasércek képződésének hátterében, mert a baktériumok által sokkal gyorsabban megy végbe az oxidáció.

A kova eredete

A sávosvasérc-telepek gazdasági jelentősége miatt a kutatások eddig elsősorban a vasat övező kérdések megválaszolására irányultak. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a kovás rétegek eredete egyértelműen tisztázott lenne. A későbbi korok vasban gazdag üledékeivel szemben a prekambriumi BIF-ek nagy tűzkő tartalma arra utal, hogy ekkor a mainál magasabb lehetett a tengervíz átlagos kovatartalma. Ennek több oka is lehet, egyrészt még nem jelentek meg olyan szervezetek, amelyek a kovát megkötötték volna, másrészt a hidrotermás tevékenység is sokkal erősebb volt. Egyes kutatók vélekedése szerint a tengervíz oldott SiO2-ra nézve közel telített állapotú lehetett, így a felszíni víz felmelegedése és párolgása kiválthatta a kova kicsapódását, ami elszigetelt tengermedencékben akár évszakos váltakozással is bekövetkezhetett. Üledékföldtani megfigyelések alapján a kova folyamatosan juthatott be a tengermedencékbe, míg ennek hatását a vas-gazdag oldatok beáramlása epizodikusan felülírta. A vasat szállító feláramlások erőssége határozta meg a vas-gazdag és a kova-gazdag rétegek arányát. A kova kiválásáért felelős mechanizmus mellett a kova eredete is kérdéses. 

A fő eldöntendő kérdés az, hogy a kova a vashoz hasonlóan hidrotermás eredetű-e, vagy azzal ellentétben forrását a szárazföldeken keressük. A kérdés megválaszolására egy nemzetközi kutatógárda a germánium és szilícium arányát vizsgálta. A két elemet félvezető tulajdonságuk miatt az elektronikai iparból ismerjük, a geokémikus azonban itt azt használja ki, hogy a vasércformációk kovás rétegeiben megőrződött Ge/Si aránya tükrözi annak a tengervíznek az elemarányát, amiből az kicsapódott. Az óceánba kerülő kovának két, összetételében eltérő forrása van. Az óceánközépi hátságok mentén feltörő hidrotermás fluidumok összetétele az ottani bazaltokkal kölcsönhatásban alakul, ezek Ge/Si aránya 8×10^-6 és 14×10^-6 közötti. A másik forrás a kontinentális területek mállása, az innen folyóvízi beszállítással érkező kova germániumban szegényebb, Ge/Si aránya ~0,6×10^-6. Ezeknek az arányoknak az ismeretében kiderült, hogy a sávosvasérc-formációkban a Si-gazdag sávok Ge/Si aránya a kontinentális területekre jellemzőhöz hasonló. A BIF-ek kovás rétegeinek forrása tehát a szárazföldi mállásából származik. A Ge/Si arány nyomjelzőként való felhasználása azt feltételezi, hogy a források elemaránya változatlan maradt. Ez azért valószínű, mert a kontinentális kéreg és az óceáni bazaltok átlagos kémiai összetétele évmilliárdos távlatban is állandónak tekinthető.

A sávosság kialakulása

A BIF-ek szembeötlő jellegzetessége a vas- és kovagazdag rétegek éles váltakozása. Ez a sajátosság is sokáig makacsul ellenállni látszott a keletkezését értelmezni próbáló elméleteknek. A rétegzést kiváltó mechanizmus korábbiaknál hitelesebb magyarázata az után merült fel, hogy a mikrobiális tevékenység szerepét komolyan vizsgálni kezdték. Az új modell szerint a vas oxidációját a hőmérséklet is szabályozza, ennek következtében a Fe(III) mikrobiális úton történő kicsapódása és a kova abiotikus kiválása váltogathatják egymást, ami sok-sok ciklus után a jól ismert, a BIF-ek nevét is kölcsönző sávosságot, rétegzettséget hozza létre. A Fe(II) oxidációját végző baktériumok számára az ideális hőmérsékleti tartomány 25–30 °C között van, ilyen körülmények között a legnagyobb az oxidáció mértéke. Kísérletek során a baktériumtenyészeteket hol magasabb, hol alacsonyabb hőmérsékletnek tették ki és megfigyelték a viselkedésüket. A megfigyelések arra utalnak, hogy a viszonylag magas hőmérséklettel párosuló magas oxidációs ráta mellett képződnek a vasásványok, a hőmérséklet csökkenésével együtt pedig az oxidáció is mérséklődik, kedvezve a kova kiválásának (6. ábra). Ez a modell csak akkor működhetett a prekambriumi óceánokban, ha valóban léteztek hőmérsékletváltozási ciklusok, amit azonban nehéz közvetlenül igazolni a BIF-ekből. Direkt bizonyítékok hiányában is, elsősorban a modern óceánokban megfigyelhető hőmérsékleti ingadozás analógiája alapján sokan gondolják úgy, hogy a prekambriumi tengerek felső, átvilágított övében is jelentős hőmérsékleti változások lehettek.

6. ábra. Vas- és kovadús rétegek váltakozásának képződési modellje
 (Koehler et al. 2010 nyomán)

A legtöbb kutató szerint a nagy vasércformációk lerakódása rétegzett vízoszlopú medencékben történt. A BIF-ek képződéséhez a Fe(II) nagy távolságokon keresztüli szállítása szükséges, ami anoxikus környezetben tud csak végbemenni. A felszíni víz azonban valószínűleg nem volt a BIF képződés teljes időtartama ilyen. Egyes ásványfázisok alapján a késő archaikumban és a korai paleoproterozoikumban a felszíni víz már túl oxidatívvá válhatott, így a vas szállítása a mélyebb vízben történt, ahol még reduktív volt a környezet, tehát rétegzett volt a vízoszlop. Habár a rétegzettség jellegéről nem minden kutató vélekedik egyformán, a vasércformációk lerakódását magyarázó mai modellek a mélyebb, vasban gazdag és a sekélyebb, vasban szegényebb víztömegek közötti határfelület mentén zajló folyamatokra épülnek.

Összegzés

A sávos vasércek bányászatából nyerjük a világon előállított nyersvas döntő hányadát, a geológusokat azonban a gazdasági haszon mellett az ősi, különleges, a mai tengerekben ismeretlen üledékes kőzettípus keletkezését övező, nehezen megfejthető kérdések is izgatják. Főleg a geokémia és a mikrobiológia segített új szempontokból megvilágítani a talányos érc képződését. Csak az archaikumban és a proterozoikum legelején, illetve később egy-egy rövid időszakában álltak fenn azok a körülmények és környezeti feltételek, amelyeknek a sávos vasérc létét köszönhetjük. A vasat intenzív tengeralatti vulkánosság hidrotermás oldatai hozták, szállítása a légköri oxigén dúsulását megelőző időkben reduktív vízrétegekben volt lehetséges, oxidációjához és kiválásához pedig ősi típusú mikrobák tevékenysége kellett. A kovát főleg a szárazföldi mállás juttatta a tengerekbe, kicsapódásához nem élő szervezetek tevékenysége, hanem valószínűleg a tengervíz hőmérséklet-ingadozásai vezettek, magyarázatot adva egyúttal a vasérc sávosságára is. Bőven vannak még tisztázásra váró részletkérdések, de a sávos vasércek új képződési modelljéből mára sokkal jobban értjük a Föld korai történetének különleges környezeti viszonyait. P

Irodalom

Bekker, A., Slack, J. F., Planavsky, N., Krapez, B., Hofmann, A., Konhauser, K. O. & Rouxel, O. J. 2010. Iron formation: The sedimentary product of a complex interplay among mantle, tectonic, oceanic, and biospheric processes. Economic Geology, 105: 467-508.
Beukes, N. J. & Gutzmer, J. 2008. Origin and paleoenvironmental significance of major iron formations at the Archean-Paleoproterozoic boundary. Reviews in Economic Geology, 15: 5-47.
Crowe, S. A., Jones, C., Katsev, S., Magen, C., O’Neill, A. H., Sturm, A., Canfield, D. E., Haffner, G. D., Mucci, A., Sundby, B. & Fowle, D. A. 2008. Photoferrotrophs thrive in an Archean Ocean analogue. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105: 15938-15943.
Hamade, T., Konhauser, K. O., Raiswell, R., Goldsmith, S. & Morris, R. C. 2003. Using Ge/Si ratios to decouple iron and silica fluxes in Precambrian banded iron formations. Geology, 31: 35-38.
Koehler, I., Konhauser, K. & Kappler, A. 2010. Role of microorganisms in banded iron formations. In: Geomicrobiology: molecular and environmental perspective. Springer, pp. 309-324.
Rasmussen, B., Fletcher, I. R., Bekker, A., Muhling, J. R., Gregory, C. J. & Thorne, A. M. 2012. Deposition of 1.88-billion-year-old iron formations as a consequence of rapid crustal growth. Nature, 484: 498-501.

---

Természet Világa,

145. évfolyam, 4. szám, 2014. április http//www.termvil.hu/  https://www.chemonet.hu/TermVil/