根据莱斯大学的一项新研究，视觉上引人注目的烧焦的橙色、黄色、银色、棕色和蓝色黑色层是带状铁层的特征，沉积岩可能引发了地球历史上一些最大的火山喷发。

岩石中含有氧化铁，这些氧化铁很久以前沉入海底，形成致密的层，最终变成石头。本周发表在《自然地球科学》上的研究表明，富含铁的地层可以将地球表面的古老变化(如光合作用生命的出现)与火山活动和板块构造等行星过程联系起来。

除了将通常认为没有联系的行星过程联系起来外，这项研究还可以重新构建科学家对地球早期历史的理解，并提供对可能产生远离太阳系的宜居系外行星的过程的见解。

“这些岩石讲述了 - 从字面上看 - 不断变化的行星环境的故事，”该研究的主要作者，赖斯地球，环境和行星科学系的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。

带状铁地层是直接从富含溶解铁的古代海水中沉淀出来的化学沉积物。微生物的代谢作用，包括光合作用，被认为促进了矿物质的沉淀，随着时间的推移，矿物质与燧石(微晶二氧化硅)一起层层形成。最大的沉积物是在大约2亿年前作为氧气积聚在地球大气层中形成的。

“这些岩石形成于古代海洋，我们知道这些海洋后来被板块构造过程横向封闭，”凯勒解释说。

地幔虽然是固体，但像液体一样流动，其速度与指甲生长的速度大致相同。构造板块 - 地壳和最上地幔的大小部分 - 不断移动，主要是由于地幔中的热对流。地球的构造过程控制着海洋的生命周期。

“就像太平洋今天正在关闭一样 - 它在和南美洲的俯冲下 - 古老的海洋盆地在构造上被摧毁，”他说。“这些岩石要么必须被推到上并被保存下来 - 我们确实看到一些保存下来，这就是我们今天看到的岩石的来源 - 或者俯冲到地幔中。

由于铁含量高，带状铁地层比地幔密度大，这让凯勒怀疑这些地层的俯冲块是否一直向下沉没并定居在地幔底部靠近地核顶部的区域。在那里，在巨大的温度和压力下，当它们的矿物质呈现出不同的结构时，它们会发生深刻的变化。

“在这些条件下，关于氧化铁的性质有一些非常有趣的工作，”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，这些岩石可能会变成像热板一样具有极强导电性的块状物。

凯勒和他的同事认为，富含俯冲铁层的区域可能有助于地幔羽流的形成，在下地幔的热异常上方上升热岩管道，可以产生像形成夏威夷群岛那样的巨大火山。

“在夏威夷地下，数据向我们展示了上升流地幔的热管道，”凯勒说。“想象一下你的炉子燃烧器上的一个热点。随着锅中的水沸腾，您会在该区域的上升水柱上看到更多的气泡。地幔羽流是它的巨型版本。

“我们研究了带状铁地层的沉积年龄和称为大型火成岩省份的大型玄武岩喷发事件的年龄，我们发现存在相关性，”凯勒说。“许多火成岩事件 - 如此巨大，以至于10或15个最大的事件可能足以使整个地球重新浮出水面 - 之前以大约241.15亿年的间隔进行带状铁层沉积，给予或接受<>万年。这与有意义的机制密切相关。

该研究表明，带状铁层首先被深深地吸入下地幔，然后影响热流，将羽流推向数千公里以上的地球表面，这是一段合理的时间。

在追踪带状铁层之旅的过程中，凯勒跨越了学科界限，遇到了意想不到的见解。

凯勒说：“如果在微生物化学改变表面环境之后，早期海洋中发生的事情最终在250.<>亿年后在地球上的其他地方产生了大量的熔岩涌出，这意味着这些过程是相互关联的，并且相互'交谈'。“这也意味着相关过程的长度尺度可能远远大于人们的预期。为了能够推断出这一点，我们必须利用矿物学、地球化学、地球物理学和沉积学等许多不同领域的数据。

凯勒希望这项研究能够刺激进一步的研究。“我希望这能激励人们在它所触及的不同领域，”他说。“我认为，如果这让人们以新的方式相互谈论地球系统的不同部分是如何连接的，那将是非常酷的。

凯勒是聪明行星：岩石行星中生命基本挥发性元素周期计划的一部分，这是一个跨学科，多机构的科学家小组，由赖斯的W. Maurice Ewing地球系统科学教授Rajdeep Dasgupta领导地球，环境和行星科学系。

“这是一项极其跨学科的合作，旨在研究对生物学很重要的挥发性元素 - 碳，氢，氮，氧，磷和硫 - 在行星中的行为，行星如何获得这些元素以及它们在可能使行星适合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的例子，但我们正试图弄清楚这些元素中的一个或不存在对行星可能意味着什么，”他补充说。