烧焦橙色、黄色、银色、棕色和带蓝色调的黑色层是带状铁矿岩的特征，这种沉积岩可能引发了地球历史上一些最大的火山喷发，根据来自莱斯大学的新研究。这些岩石含有氧化铁，长时间沉淀在海洋底部，形成了密集的层，最终变成了石头。本周发表在《自然地球科学》上的这项研究表明，富含铁的层可以将地球表面的古代变化（如光合生命的出现）与行星过程（如火山活动和板块构造）联系起来。
除了连接通常被认为是不相关的行星过程外，这项研究还可以重新构建科学家对地球早期历史的理解，并提供有关产生远离我们太阳系的可居住外行星的过程的见解。
"这些岩石讲述了一个不断变化的行星环境的故事，"该研究的主要作者、莱斯大学地球、环境和行星科学系博士后研究员邓肯·凯勒说。“它们体现了大气和海洋化学的变化。”
带状铁矿岩是直接从富含溶解铁的古海水中沉淀下来的化学沉积物。微生物代谢作用，包括光合作用，被认为促进了矿物质的沉淀，随着硅质岩（微晶硅酸）一起随着时间一层层形成。最大的沉积物是在大约25亿年前地球大气中氧气积累时形成的。
"这些岩石形成于古代海洋，我们知道那些海洋后来被板块构造过程横向封闭，"凯勒解释道。
地幔虽然是固体，但流动速度大约与指甲生长的速度相同。构造板块——地壳和上地幔的大陆大小的部分——不断移动，这主要是由于地幔中的热对流电流。地球的构造过程控制着海洋的生命周期。
"就像太平洋正在今天被关闭——它正在日本和南美之下俯冲——古代海盆也是通过构造方式被摧毁的，"他说。“这些岩石要么被推到大陆上并被保存下来——我们确实看到了一些保存下来的岩石，这就是我们今天所看到的那些岩石来自哪里——要么被俯冲到地幔中。”
由于带状铁矿岩含铁量高，比地幔密度大，这使得凯勒想知道是否俯冲下去的带状铁矿岩块沉到了最低点，在地球核心顶部附近定居下来。在那里，在巨大的温度和压力下，它们将经历深刻的变化，因为它们的矿物质采取了不同的结构。
"在那些条件下，有一些关于氧化铁性质的非常有趣的工作，"凯勒说。“它们可以变得高度导热和导电。其中一些像金属一样容易传递热量。因此，一旦进入下地幔，这些岩石就可能变成像热板一样极具导电性的块。”
"我们研究了带状铁矿岩的沉积年龄和称为大型火成省的大型玄武岩喷发事件的年龄，发现有一种相关性，"凯勒说。“许多火成事件——它们是如此巨大，以至于最大的10或15个可能足以重塑整个星球——都是在带状铁矿岩沉积之前的约241百万年的间隔内发生的，误差在15百万年左右。这是一个有意义的机制强相关性。”
该研究表明，带状铁矿岩首先被深深地吸引到下地幔中，并影响热流，驱动一个向地球表面数千公里以上的柱。
在追踪带状铁矿岩的旅程时，凯勒跨越了学科界限，并遇到了意想不到的见解。
"如果早期海洋中发生的事情，在微生物化学改变表面环境之后，最终在地球其他地方250年后创造了一次巨大的熔岩喷发，那就意味着这些过程是相关的并且正在’交流’，"凯勒说。“这也意味着相关过程可能具有比人们预期更大得多的长度尺度。为了能够推断出这一点，我们不得不利用来自许多不同领域的数据，包括矿物学、地球化学、地球物理学和沉积学。”
凯勒希望这项研究能够激发进一步的研究。"我希望这能够激励涉及到不同领域的人们，"他说。“我认为如果这能够让人们以更新的方式相互交流，讨论地球系统不同部分之间如何相互联系将会很酷。”
凯勒是CLEVER Planets: Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets计划的一部分，这是一个由Rajdeep Dasgupta领导的跨学科、多机构科学家组成的团队，他是莱斯大学地球系统科学系的W. Maurice Ewing教授。
"这是一个极其跨学科的合作，旨在研究对生物重要的挥发性元素——碳、氢、氮、氧、磷和硫——在行星上的行为，以及行星如何获取这些元素以及它们在潜在地使行星适于居住方面所起的作用，"凯勒说。
"我们正在使用地球作为我们拥有的最好例子，但我们正在试图弄清楚这些元素中的一个或一些存在或不存在可能意味着什么，"他补充道。
Cin-Ty Lee是莱斯大学地质、地球、环境和行星科学系的Harry Carothers Wiess教授，Dasgupta是该研究的合著者。其他合著者包括智利Bernardo O’Higgins大学助理教授Santiago Tassara和加拿大Regina大学助理教授Leslie Robbins，他们都在耶鲁大学做过博士后工作，以及耶鲁大学地球和行星科学教授Jay Ague，凯勒的博士导师