澳大利亚最大的铁矿石矿床比我们想象的要年轻10亿年

利亚姆·考特尼-大卫斯（Liam Courtney-Davies），科罗拉多大学博尔德分校

铁矿石是钢铁生产的关键成分。作为澳大利亚经济的基本资源之一，它每年为澳大利亚贡献1240亿澳元的国民收入。

考虑到西澳大利亚州是地球上一些最大的铁矿石矿床的所在地，而澳大利亚96%的铁矿石来自该州，这并不奇怪。然而，尽管这种金属具有重要意义，但我们仍然不知道铁矿床是如何以及何时在非洲大陆形成的。

在发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，我们通过直接测量构成这些资源基础的氧化铁矿物中的放射性元素来回答其中一些问题。

我们发现，澳大利亚西部几个最丰富的铁矿床——如汤姆·普莱斯山（Mt Tom Price）和鲸背山（Mt Whaleback）——比以前理解的要年轻10亿年。这重新定义了我们对各种规模的铁矿床的看法：从矿区到超级大陆。它还为我们如何找到更多的铁提供了线索。

铁矿石从何而来？

数十亿年前，地球的海洋富含铁。然后，早期的细菌开始光合作用，并迅速将大量的氧气引入大气和海洋。这种氧气与海洋中的铁结合，使其沉降在海底。

今天，这些24.5亿年前的沉积岩沉积物被称为带状铁层。它们代表了地球大陆、海洋和大气层之间随时间推移相互作用的独特档案。当然，带状铁矿层就是我们开采铁矿石的地方。

这些沉积矿床具有独特的、有节奏的红铁和较浅的二氧化硅带。它们季节性地交替放置在海底。今天可以在华盛顿州的卡里吉尼国家公园参观这些非凡的岩石.

这些带状铁层的含铁量一般小于30%。为了使岩石在经济上可开采，它必须通过后续过程自然转化为大约60%的铁。

这种岩石转换的性质仍然存在争议。用最简单的术语来说，流体（如水）会在“升级”过程中去除二氧化硅并引入更多的铁，从而改变岩石的原始构成。

这种化学转化和升级的地质年代学（年龄测年）还不是很清楚，主要是因为直接测定铁矿物年代所需的工具直到最近才出现。

以前对皮尔巴拉铁矿床的年龄估计是间接的，但表明它们至少有22亿年的历史。

我们发现了什么？

你可能会认为铁矿石是生锈的红色尘埃。然而，它通常是一种坚硬、沉重的钢蓝色材料。当被压碎成细粉时，铁矿石会变成红色。因此，我们今天在皮尔巴拉河上看到的红色景观是铁矿物从我们脚下风化的结果。

我们从西澳大利亚几个最重要的铁矿床的钻芯样本中提取了微观尺度的“新鲜”铁矿物。

利用辐射测年法的最新进展，我们测量了岩石中天然存在的放射性元素。特别是，样品中铀与铅同位素的比例可以揭示单个矿物颗粒结晶的时间。

利用新生成的铁矿产年龄数据，我们构建了西澳大利亚主要铁矿床形成的第一个时程表。

我们发现，该地区所有主要的铁矿石矿床都形成于1.4至11亿年前，使它们比以前的估计年轻10亿年。

这些矿床的形成与重大构造事件一起形成，特别是超大陆的分裂和重新出现。它显示了我们星球的历史是多么动态，以及导致我们今天使用的铁矿石形成的过程是多么复杂。

现在我们知道巨型矿床与超大陆周期的变化有关，我们可以利用这些知识来更好地预测我们更有可能发现更多铁矿石的地方。

利亚姆·考特尼·大卫斯（Liam Courtney-Davies）在科廷大学约翰·德·莱特中心（John de Laeter Centre）完成了这项研究。