Las rocas sedimentarias ricas en hierro son rocas sedimentarias que contienen 15 % en peso o más de hierro . Sin embargo, la mayoría de las rocas sedimentarias contienen hierro en distintos grados. La mayoría de estas rocas se depositaron durante períodos geológicos específicos: el Precámbrico (hace 3800 a 539 millones de años), el Paleozoico temprano (hace 539 a 419 millones de años) y el Mesozoico medio a tardío (hace 205 a 66 millones de años). En general, constituyen una porción muy pequeña del registro sedimentario total.
Las rocas sedimentarias ricas en hierro tienen usos económicos como minerales de hierro . Se han localizado depósitos de hierro en todos los continentes principales, con la excepción de la Antártida . Son una fuente importante de hierro y se extraen para uso comercial. [1] Los principales minerales de hierro son del grupo de óxidos que consiste en hematita , goethita y magnetita . La siderita carbonatada también se extrae típicamente. Un cinturón productivo de formaciones de hierro se conoce como cordillera de hierro. [2]
El esquema de clasificación aceptado para las rocas sedimentarias ricas en hierro es dividirlas en dos secciones: rocas de hierro y formaciones de hierro [1]
Las rocas ferrosas tienen una composición de hierro del 15 % o más. Esto es necesario para que la roca sea considerada una roca sedimentaria rica en hierro . Generalmente, son del Fanerozoico, lo que significa que su edad varía desde el presente hasta hace 540 millones de años. [1] Pueden contener minerales de hierro de los siguientes grupos: óxidos , carbonatos y silicatos . Algunos ejemplos de minerales en rocas ricas en hierro que contienen óxidos son la limonita , la hematita y la magnetita. Un ejemplo de un mineral en una roca rica en hierro que contiene carbonatos es la siderita y un ejemplo de minerales en una roca rica en hierro que contiene silicato es la chamosita . [2] A menudo están intercaladas con calizas , esquistos y areniscas de grano fino . Por lo general, no tienen bandas, sin embargo, en ocasiones pueden tener bandas muy gruesas. [1] Son duras y no quebradizas . [2] Los componentes de la roca varían en tamaño desde arena hasta barro, pero no contienen mucha sílice . También son más aluminosos. No están laminados y a veces contienen ooides . Los ooides pueden ser una característica distintiva, aunque normalmente no son un componente principal de las rocas de hierro. Dentro de las rocas de hierro, los ooides están formados por silicatos de hierro y/o óxidos de hierro y a veces se presentan en láminas alternas. Normalmente contienen restos fósiles y, a veces, los fósiles son reemplazados parcial o totalmente por minerales de hierro. Un buen ejemplo de esto es la piritización . Son de menor tamaño y es menos probable que se deformen o metamorfoseen que las formaciones de hierro. [3] El término bola de hierro se utiliza ocasionalmente para describir un nódulo de roca de hierro . [2]
Las formaciones de hierro deben tener al menos un 15% de hierro en su composición, al igual que las rocas de hierro y todas las rocas sedimentarias ricas en hierro. Sin embargo, las formaciones de hierro son principalmente precámbricas en edad, lo que significa que tienen entre 4600 y 590 millones de años. Son mucho más antiguas que las rocas de hierro. Suelen ser de color quemado, aunque el quemado no se puede utilizar como una forma de clasificar las formaciones de hierro porque es un componente común en muchos tipos de rocas. Están bien bandeadas y las bandas pueden tener desde unos pocos milímetros hasta decenas de metros de espesor. Las capas tienen sucesiones de bandas muy distintivas que se componen de capas ricas en hierro que se alternan con capas de quemado. Las formaciones de hierro a menudo se asocian con dolomita , arenisca rica en cuarzo y pizarra negra . A veces se clasifican localmente en quemado o dolomita. Pueden tener muchas texturas diferentes que se asemejan a la piedra caliza. Algunas de estas texturas son micríticas, peletizadas, intraclásticas, peloidales, oolíticas , pisolíticas y estromatolíticas . [1] En las formaciones de hierro de baja ley, hay diferentes minerales dominantes que dependen de los diferentes tipos de facies . Los minerales dominantes en la facies de óxido son magnetita y hematita. Los minerales dominantes en la facies de silicato son greenalita , minnesotaita y glauconita . El mineral dominante en la facies de carbonato es siderita. El mineral dominante en la facies de sulfuro es pirita . La mayoría de las formaciones de hierro están deformadas o metamorfoseadas simplemente debido a su increíble antigüedad, pero aún conservan su composición química distintiva única; incluso en altos grados metamórficos. Cuanto mayor sea el grado, más metamorfoseado está. Las rocas de baja ley solo pueden compactarse, mientras que las rocas de alta ley a menudo no se pueden identificar. A menudo contienen una mezcla de formaciones de hierro bandeado y formaciones de hierro granular. Las formaciones de hierro se pueden dividir en subdivisiones conocidas como: formaciones de hierro en bandas (BIF) y formaciones de hierro granular (GIF). [3]
El esquema de clasificación anterior es el más comúnmente utilizado y aceptado, aunque a veces se utiliza un sistema más antiguo que divide las rocas sedimentarias ricas en hierro en tres categorías: depósitos de hierro de pantano , rocas de hierro y formaciones de hierro . Un depósito de hierro de pantano es hierro que se formó en un pantano o ciénaga a través del proceso de oxidación .
Las formaciones de hierro bandeado (BIF) fueron originalmente lodos químicos y contienen una laminación delgada bien desarrollada. Pueden tener esta laminación debido a la falta de excavadores en el Precámbrico. Las BIF muestran capas alternas regulares que son ricas en hierro y sílex que varían en espesor desde unos pocos milímetros hasta unos pocos centímetros. La formación puede continuar ininterrumpidamente por decenas a cientos de metros estratigráficamente. Estas formaciones pueden contener estructuras sedimentarias como estratificación cruzada , estratificación graduada , coladas de carga , marcas de ondulación , grietas de lodo y canales de erosión . En comparación con las GIF, las BIF contienen un espectro mucho más grande de minerales de hierro, tienen facies más reducidas y son más abundantes. [1]
Los BIF se dividen en categorías de tipo según las características relacionadas con la naturaleza de su formación y sus propiedades físicas y químicas únicas. Algunas categorías de formaciones de hierro bandeado son el tipo Rapitan , el tipo Algoma y el tipo Superior .
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Los tipos de Rapitan están asociados con las secuencias glaciogénicas del Arcaico y el Proterozoico temprano. El tipo es distintivo porque el aporte hidrotermal tiene una influencia notablemente menor en la química de los elementos de tierras raras (REE) de esta formación que en otras formaciones durante este período de tiempo. [5]
Los tipos de algoma son pequeños depósitos de hierro lenticular que están asociados con rocas volcánicas y turbiditas . [6] El contenido de hierro en este tipo de clase rara vez supera las 10 10 toneladas. Su espesor varía entre 10 y 100 metros. La sedimentación se produce en cuencas de arco insular / arco posterior y zonas de rift intracratónico. [7]
Los tipos superiores son depósitos de hierro grandes, gruesos y extensos a lo largo de plataformas estables y en cuencas amplias . [6] El contenido total de hierro en este tipo de clase supera las 10 13 toneladas. Pueden extenderse a más de 10 5 kilómetros 2 . La deposición ocurre en condiciones marinas relativamente poco profundas bajo mares transgresores. [7]
Las formaciones de hierro granular (GIF) eran originalmente arenas químicas bien clasificadas. Carecen de estratificación uniforme y continua que adopte la forma de capas discontinuas. Las capas discontinuas probablemente representan estratos generados por olas de tormenta y corrientes. Cualquier capa que tenga un espesor mayor a unos pocos metros y que no esté interrumpida es poco común en las GIF. Contienen clastos del tamaño de la arena y una matriz de grano más fino , y generalmente pertenecen a la facies mineral de óxido o silicato. [1]
Existen cuatro tipos de facies asociadas con rocas sedimentarias ricas en hierro: facies de óxido, silicato, carbonato y sulfuro. Estas facies corresponden a la profundidad del agua en un ambiente marino. Las facies de óxido se precipitan en las condiciones más oxidantes. Las facies de silicato y carbonato se precipitan en condiciones redox intermedias. Las facies de sulfuro se precipitan en las condiciones más reductoras. Hay una falta de rocas sedimentarias ricas en hierro en aguas poco profundas, lo que lleva a la conclusión de que el entorno deposicional va desde la plataforma continental y el talud continental superior hasta la llanura abisal . (El diagrama no tiene etiquetada la llanura abisal, pero esta estaría ubicada en el extremo derecho del diagrama en el fondo del océano). [7]
El hierro ferroso y férrico son componentes de muchos minerales, especialmente en las areniscas. El Fe2 + está en arcillas , carbonatos, sulfuros e incluso en feldespatos en pequeñas cantidades. El Fe3 + está en óxidos, hidratado, anhidro y en glauconitas . [8] Comúnmente, se determina la presencia de hierro en una roca debido a ciertas coloraciones por oxidación. La oxidación es la pérdida de electrones de un elemento. La oxidación puede ocurrir por bacterias o por oxidación química. Esto sucede a menudo cuando los iones ferrosos entran en contacto con el agua (debido al oxígeno disuelto en las aguas superficiales) y se produce una reacción agua-mineral. La fórmula para la oxidación/reducción del hierro es:
La fórmula funciona para oxidación hacia la derecha o reducción hacia la izquierda.
Fe 2+ es la forma ferrosa del hierro. Esta forma de hierro cede electrones fácilmente y es un agente reductor suave. Estos compuestos son más solubles porque son más móviles. Fe 3+ es la forma férrica del hierro. Esta forma de hierro es muy estable estructuralmente porque su capa de electrones de valencia está llena a la mitad. [9]
La laterización es un proceso de formación de suelos que ocurre en climas cálidos y húmedos bajo bosques de hoja perenne de hoja ancha. Los suelos formados por laterización tienden a estar muy erosionados y tienen un alto contenido de óxido de hierro y aluminio . La goethita se forma a menudo a partir de este proceso y es una fuente importante de hierro en los sedimentos. Sin embargo, una vez que se deposita, debe deshidratarse para alcanzar un equilibrio con la hematita. La reacción de deshidratación es: [9]
La piritización es discriminatoria. Rara vez ocurre en organismos de tejidos blandos y los fósiles aragoníticos son más susceptibles a ella que los fósiles de calcita . Comúnmente ocurre en ambientes de deposición marinos donde hay material orgánico. El proceso es causado por la reducción de sulfato que reemplaza los esqueletos (o conchas) de carbonato con pirita (FeS 2 ). Generalmente no preserva los detalles y la pirita se forma dentro de la estructura como muchos microcristales. En ambientes de agua dulce, la siderita reemplazará las conchas de carbonato en lugar de la pirita debido a las bajas cantidades de sulfato. [10] La cantidad de piritización que ha tenido lugar dentro de un fósil a veces puede denominarse grado de piritización (DOP).
La magnetita y la hematita son opacas bajo el microscopio bajo luz transmitida. Bajo luz reflejada, la magnetita se ve como metálica y de color plateado o negro. La hematita tendrá un color más rojizo-amarillo. La pirita se ve opaca, de color amarillo-dorado y metálica. [12] La chamosita es de color verde oliva en sección delgada que se oxida fácilmente a limonita. Cuando se oxida parcial o totalmente a limonita, el color verde se vuelve marrón amarillento. La limonita también es opaca bajo el microscopio. La chamosita es un silicato de hierro y tiene una birrefringencia de casi cero. La siderita es un carbonato de hierro y tiene una birrefringencia muy alta. Las secciones delgadas a menudo revelan fauna marina dentro de las rocas de hierro oolíticas. En muestras más antiguas, los ooides pueden estar aplastados y tener colas en forma de gancho en cada extremo debido a la compactación. [13]