Kymmenen vuotta sitten järjestetyssä joulujuhlissa Robert Hazenin mielessä tuli idea ideasta. Hazen oli tuolloin itse julistettu ”kovan ytimen” mineraalifyysikko, ja kuten useimmat tutkijat (ja 20 kysymyksen pelaajia), hän piti mineraaleja täysin erillisinä eläimistä eläimistä ja vihanneksista. Mutta se muuttui pian.
Asiaan liittyvä sisältö
- Matkaa läpi syvän ajan tämän interaktiivisen maan avulla
- Varhainen elämä on voinut menestyä meteoriitin hylkyyn
Juhlan aikana teoreettinen biologi Harold Morowitz kysyi Hazenilta, oliko savimineraaleja olemassa Hadean aikana - geologisella jaksolla 4, 6–4 miljardia vuotta sitten, kun varhainen maa oli muodostumassa. Peruskysymyksestä huolimatta Hazen hämmästyi. Morowitz kysyi pohjimmiltaan, oliko mineralogia, joka oli olemassa, kun maapallo oli uusi, ja mahdollisesti silloin, kun elämä syntyi, erilainen kuin mitä tänään näemme.
"Kukaan historian mineralogist ei ollut koskaan esittänyt tällaista kysymystä", Hazen sanoo. Vaikka mineraalienmuodostusprosessin tulisi olla sama riippumatta siitä tapahtuiko se miljardeja vuosia sitten tai viime tiistaina, Hazen tajusi, ettei ole mitään syytä olettaa, että mineraalit eivät voisi kehittyä, aivan kuten elämä muuttuu ajan myötä. Hän ja hänen kollegansa ovat sen jälkeen osoittaneet, että elämä ei syntynyt eristyksessä - mineraalit todennäköisesti auttoivat sitä matkan varrella. Ja elämän kehittyessä se loi lukemattoman määrän kemiallisia markkinarakoja, jotka sallivat uusien mineraalien muodostumisen.
"Näemme tämän geosfäärin ja biosfäärin toisiinsa kietoutuneen kehityksen", Hazen sanoo. ”Elämä tuottaa rockia, kivit synnyttävät elämän.” Hänen tiiminsä ja muut alan asiantuntijat esittelevät tämän idean uudessa NOVA -elokuvassa Life's Rocky Start . Istuin Hazenin kanssa juttelemaan vähän elokuvasta ja hämmästyttävästä mineraalien maailmasta (seuraavaa on muokattu pitkään):
Kerro minulle vähän elokuvasta Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start on tarina maapallon 4, 5 miljardin vuoden historiasta, joka on kerrottu mineralogistien silmien kautta, joka on itse käynyt läpi jonkinlaisen muutoksen. Aloitin mineralogistina ajatellen kuten useimmat mineralogistitkin sanovat, että mineraalit ovat kauniita fyysisiä esineitä - ne ovat monimuotoisia, monimuotoisia. Mutta et voi kertoa mineraalien tarinaa kertomatta myös elämän tarinaa. Nykyään tiedämme 5 000 tai enemmän mineraalilajeja - jokaiselle on ominainen kemiallinen koostumus ja kiderakenne. Ja näistä 5000: sta yli kaksi kolmasosaa on seurausta muutoksista, jotka elämä on tehnyt maan päälle.
Joten mikä oli maailmankaikkeuden ensimmäinen mineraali?
Kun aloimme miettiä mineraaleja syvän ajan kuluessa, yllättäen kukaan ei ollut kysynyt tätä kysymystä. Eikö se ole ihmeellistä? Millä tahansa kentällä alkuperä on iso juttu - ensimmäinen elämä, ensimmäiset planeetat, ensimmäiset tähdet. Mutta mineralogistit eivät ole koskaan kysyneet, mikä oli ensimmäinen mineraali?
Heti suuren iskun jälkeen asiat ovat aivan liian kuumia, ja vaikka asiat tiivistyivätkin, vain vety ja heliumkaasu muodostivat suurimman osan maailmankaikkeudesta. Ne eivät muodosta mineraaleja, koska ne ovat kaasuja, ja mineraalien on oltava kiteitä. Seuraava vety ja heliumkaasu tekivät kondensoitumisen suuriksi tähtiä. Tähdet ovat moottoreita, joita kutsutaan nukleosynteesiksi tai jotka muodostavat kaikki jaksollisen taulukon kemialliset elementit. Mineraalit muodostuvat näistä muista alkuaineista.
Milloin ensimmäisen tähden jälkeen sinulla voisi olla ensimmäinen kristalli? Vastaus osoittautuu erittäin energisten tähtien tai räjähtävien supernovojen kaasumaisiin kirjekuoriin. Kun nuo kaasumaiset kirjekuoret laajenevat ja jäähtyvät, alkuainepitoisuudet ovat vain riittävän korkeat ja lämpötilat vain riittävän alhaiset, jotta ensimmäiset kiteet voivat muodostua. Se ensimmäinen kristalli, mielestämme, oli mikroskooppinen timanttilaji, koska tähdet ovat hiilirikkaita ja koska timantti muodostuu minkä tahansa tunnetun kiteen korkeimmassa lämpötilassa.
Entä ensimmäiset mineraalit maan päällä?
Kun aikaisimpien tähtien ympärillä olevat kaasut jäähtyivät, siellä voi olla tusinaa enemmän erilaisia kiteitä, jotka muodostuivat yleisimmistä elementeistä: pii, happi, magnesium, typpi. Nämä olivat kaikkein ensimmäisiä mineraalikiteiden lajeja, jotka tukahduttivat kosmoksen ja muodostivat niiden suurten pilvien pölyn, jotka lopulta muodostivat uusia aurinkojärjestelmiä. Maa muodostui yhdestä näistä pilvistä.
Varhaisimmissa planeetoissa on saattanut olla 400 tai 500 mineraaleja. Sitten kun Maan kaltaiset planeetat kehittyivät miljardin vuoden aikana, olemme saaneet jopa 1500 mineraaleja, jotka kaikki muodostuvat puhtaista kemiallisista ja fysikaalisista prosesseista. Tämän lisäksi ei ole mitään muuta mahdollista fysikaalista tai kemiallista prosessia, josta tiedämme, että maapallomainen planeetta tuottaa enemmän mineraaleja - kunnes sinulla on elämää.
Kuinka mineraalit vaikuttivat varhaiseen elämään?
Mineraalipinnat suojaavat, järjestävät ja muokkaavat. He ottavat nuo molekyylit ja valitsevat ja konsentroivat ne ... ne auttavat noita molekyylejä reagoimaan muodostamaan pidempiä ja pidempiä rakenteita, kuten solukalvoja ja polymeerejä. Tiedämme, että molekyylit eivät yksinkertaisesti pysty järjestäytymään tällä tavalla valtameressä tai ilmakehässä - ne ovat aivan liian laimeita, ne ovat liian satunnaisia. Juuri pinnat, kuten mineraalit, tarjosivat sekä energian että keskittymismekanismin, jota tarvitaan molekyylien saattamiseksi yhteen elämän alkuvaiheessa oleviin avaintoimintoihin.
Suurin kysymys on: Kuinka voidaan siirtyä mineraalipinnalle järjestetyistä molekyyleistä molekyyliryhmään, joka tekee kopioita itsestään? Tiedämme varmasti, että se on elämän perusominaisuus, itsensä replikaatio, ja tiedämme, että jonkin varhaisen molekyylijärjestelmän on täytynyt tajuta tämä temppu. Ehkä mineraalit ohjasivat tätä prosessia tai ehkä ne olivat vain sopiva paikka molekyyleille tavata ja organisoida, ja vain jollain puhtaalla sattumanvaraisella tapahtumalla juuri oikeat joukot molekyylejä kokoontuivat ja muodostivat tämän itsetoistuvan järjestelmän.
Kalsiitti (Cumbria, Englanti), Harvardin yliopiston Mineralogical & Geological Museum -kokoelmasta. (Rob Tinworth) 
Trilobiitti Harvardin yliopiston vertailevan eläintieteellisen museon kokoelmista. Vaikka trilobiitit liittyvät läheisesti nykyaikaisiin hevosenkenkärapuihin, ne kuolivat 251 miljoonaa vuotta sitten. (Rob Tinworth) 
Goethite (Kalifornia), Harvardin yliopiston Mineralogical & Geological Museum -kokoelmasta. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Englanti), Harvardin yliopiston Mineralogical & Geological Museum -kokoelmasta. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), Harvardin yliopiston mineralogisen ja geologisen museon kokoelmista. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), Harvardin yliopiston Mineralogical & Geological Museum -kokoelmasta. (Rob Tinworth) 
Malakiitti (Arizona), Harvardin yliopiston mineralogisen ja geologisen museon kokoelmista. (Rob Tinworth) 
Labradoriitti (Madagaskar) Harvardin yliopiston Mineralogical & Geological Museum -kokoelmasta. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), Harvardin yliopiston mineralogisen ja geologisen museon kokoelmista. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen tutkii ohuita kiviviiloja mikroskoopin alla laboratoriossaan Carnegie Institutionissa. (Doug Hamilton) 
Hammas muinaisesta megahaista, joka löytyi Chesapeaken lahdelta, Maryland. (Doug Hamilton) 
Stromatoliitit, elävien mikrobien mattojen valmistamat sedimenttirakenteet, pistävät vedenpinnan läpi Shark Bayssä, Australiassa. Fossiiliset stromatoliitit edustavat joitain vanhimpia tunnettuja todisteita elämästä maan päällä. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk ja David Flannery tarkastavat 2, 7 miljardin vuoden ikäisen fossiilisen stromatoliitin. (Doug Hamilton) Kehittyvätkö mineraalit edelleen tänään?
Kyllä, tietysti he ovat. Olemme tulossa erittäin nopean kehityksen ajanjaksoon ihmisten toiminnan takia - antroposeenista. Ihmiset muuttavat pintaympäristöä, ja kun teet niin, luot uusia kemiallisia markkinarakoja, joihin mineraaleja voi muodostua. Muutamme käytännöllisesti katsoen jokaisen elementin geokemiallisen syklin. Me kaivostamme asioita, rakennamme asioita, siirrämme asioita ja rakennamme kemiantehtaita. Yksi tämän seurauksista on, että uusia mineraaleja syntyy.
On mineraaleja, joita esiintyy vain kaivoksen kaatopaikoissa tai happamiin kaivoksissa. On uusia mineraaleja, joita esiintyy vain kaivoksen tukien puissa. Kaatopaikoilla on nyt vanhojen tietokoneiden näyttöjen ja iPhonien säänkestäviä tuotteita, jotka muodostavat uusia mineraaleja harvinaisten maametallien elementeistä, jotka ovat vasta vasta löytämässä.
Miksi ihmisten tulisi välittää mineraaleista?
Mineraalit ovat hämmästyttävän upeita. Elokuva osoittaa, että mineraaleissa on tämä esteettinen kauneus - pelkkä taikuus. Ne ovat tärkeitä kaikille yhteiskunnan puolille: Meillä ei olisi tekniikkaa eikä mitään modernin elämän mukavuuksista, elleivät ne olisivat mineraalimaailmaa. Se on helppo unohtaa, koska olemme eristetty kaivostoiminnasta, näiden tuotteiden käsittelystä ja kemiallisesta käsittelystä. Mutta mineraalit helpottavat nykymaailmaa. Mielestäni mineraalien näkeminen tässä rinnallaan kehittyvässä geosfäärissä ja biosfäärissä on vain kerroksia, joilla on paljon enemmän merkitystä ja kiinnostusta aiheeseen.
NOVA-dokumenttielokuvasi varten elokuvasit ympäri maailmaa. Mikä oli suosikkikohdesi vierailulle?
Rakastan varmasti Marokkoa ja olen ollut siellä nyt puoli tusinaa kertaa. Mutta matkalla Länsi-Australiaan - oli etuoikeus olla tällä uskomattoman kaukaisella, uskomattoman kauniilla, vaikkakin harvalla, autioilla ja vaarallisilla Pilbara-mailla. 3, 5 miljardin vuoden ikäiset kivet muodostavat pienen antiikin maan saaren, joka on käytännöllisesti katsoen epämuodostunut. Kivet eivät koskaan kokeneet sellaista muutosta ja eroosiota, joka tunnetaan käytännöllisesti katsoen kaikille nuoremmille kiville.
Se on vain hämmästyttävä paikka. Se on kuin pyhiinvaelluskuva geologille. Tämän näkeminen ja sen jakaminen joidenkin maailman asiantuntijoiden kanssa on jotain, jonka mikä tahansa geologi antaisi paljon kokemusta. Näin paljastumisen ensin ja tuoreena omien silmieni kautta, mutta sitten opin heiltä ja pystyin näkemään sen muiden kokeneempien silmien kautta. Se oli todella muuttuva kokemus.
Dokumentti Life's Rocky Start alkaa keskiviikkona 13. tammikuuta klo 21.00 ET: llä PBS: ssä.
Lisätietoja tästä tutkimuksesta ja muusta Deep Carbon Observatoryssa.
