Tíz évvel ezelőtt egy karácsonyi ünnepen Robert Hazen eszébe jutott egy ötlet. Hazen abban az időben önmagának kihirdetett „keménymagú” ásványi fizikus volt, és mint a legtöbb tudós (és a 20 kérdés szereplői), az ásványt egy teljesen különálló vadállatnak tekintette az állatoktól és növényi területektől. De ez hamarosan megváltozott.
kapcsolodo tartalom
- Utazzon mély időben ezen az interaktív földön
- A korai élet megragadhatott egy meteorit roncsaiban
A párt során az elméleti biológus, Harold Morowitz megkérdezte Hazen-től, hogy léteznek-e agyagásványok a Hádéban - a 4, 6–4 milliárd évvel ezelőtti geológiai időszakban, amikor a Föld korai alakult ki. Bár alapvető kérdés, Hazen megdöbbent. Morowitz lényegében azt a kérdést tette fel, hogy az ásványtan, amely akkor létezett, amikor a Föld új volt, és esetleg akkor is, amikor az élet származott, különbözik-e attól, amit ma látunk.
"A történelem egyik mineralogistája még soha nem tett fel ilyen kérdést" - mondja Hazen. Míg az ásványi anyagképző folyamatnak ugyanazzal kell lennie, akár milliárd évvel ezelőtt, akár múlt kedden történt, Hazen rájött, hogy nincs oka feltételezni, hogy az ásványok nem fejlődhetnek, csakúgy, mint az élet idővel. Ő és munkatársai azóta megmutatták, hogy az élet nem elszigetelten jön létre - az ásványok valószínűleg segítették az út mentén. Az élet fejlődésével számtalan kémiai rést hozott létre, amelyek lehetővé tették új ásványok kialakulását.
"Látjuk a geoszféra és a bioszféra összefonódott együtt-fejlődését" - mondja Hazen. „Az élet szikla, a sziklák életre kelnek.” Csapatának és a terület más szakértőinek ezt a gondolatot egy új NOVA-ben mutatják be az Life's Rocky Start . Ültem Hazen-szel egy kicsit beszélgetni a filmről és az ásványok csodálatos világáról (az alábbiakban hosszabb ideig szerkesztettük):
Mondj egy kicsit a Life's Rocky Start filmről?
Az Life's Rocky Start a Föld 4, 5 milliárd éves története, amelyet egy ásványtársak szemében mesélt el, aki maga is valamilyen átalakuláson ment keresztül. Kezdetben ásványológusként kezdtem, és arra gondoltam, hogy a legtöbb ásványológus szerint az ásványok gyönyörű fizikai tárgyak - változatosak, változatosak. De nem mondhatja el az ásványok történetét anélkül, hogy elmondná az élet történetét. Manapság 5000 vagy több ásványi fajt tudunk - mindegyik megkülönböztető kémiai összetételű és kristályszerkezettel rendelkezik. És ebből az 5000-ből több mint kétharmada az élet változásainak a Földön eredménye.
Mi volt az első ásvány az univerzumban?
Amikor a mély ideje alatt az ásványokról gondolkodtunk, meglepő módon senki sem tette fel ezt a kérdést. Hát nem csodálatos? Bármelyik területen a származás nagy dolog - az első élet, az első bolygók, az első csillagok. De az ásványtanok soha nem kérdezték, mi volt az első ásvány?
Közvetlenül a nagy rohanás után a dolgok túlságosan forróak voltak, és még azután is, hogy a dolgok kissé lehűltek, az univerzum legnagyobb részét csak a hidrogén és a hélium gáz képezte. Nem képeznek ásványokat, mert gázok, és az ásványoknak kristályoknak kell lenniük. A következő lépés, amelyet a hidrogén és a héliumgáz tett, az nagy csillagokra kondenzálódott. A csillagok az úgynevezett nukleoszintézis motorjai, vagy a periódusos rendszer összes kémiai elemét képezik. Az ásványokat ezekből az egyéb elemekből képezik.
Mikor lehet az első csillag után az első kristály? Kiderült, hogy a válasz nagyon energikus csillagok gáznemű borítékaiban vagy felrobbanó szupernóvákban van. Ahogy ezek a gáznemű borítékok kibővülnek és lehűlnek, elemi koncentrációja elég magas, a hőmérséklete pedig éppen olyan alacsony, hogy az első kristályok kialakulhassanak. Az első kristály, úgy gondoljuk, egy gyémánt mikroszkopikus faja volt, mivel a csillagok szénben gazdagok, és mivel a gyémánt az ismert kristályok legmagasabb hőmérsékleten képződik.
Mi lenne az első ásványokkal a Földön?
Ahogy a legkorábbi csillagok körüli gázok lehűltek, lehet egy tucat további kristály, amelyek a leggyakoribb elemekből állnak: szilícium, oxigén, magnézium, nitrogén. Ezek voltak az első ásványi kristályok, amelyek elengedték a kozmoszt, és képezték a nagy felhők porát, amelyek végül új naprendszereket képeztek. A föld ezen felhők egyikéből alakult ki.
A legkorábbi bolygóknak 400 vagy 500 ásványa lehet. Akkor, amikor a Földhez hasonló bolygók egymilliárd év alatt fejlődtek, akár 1500 ásványt kaptunk fel, amelyek mind tiszta kémiai és fizikai folyamatokból származnak. Ezen túlmenően nincs más elképzelhető fizikai vagy kémiai folyamat, amelyről tudjuk, hogy egy Föld-szerű bolygó több ásványi anyagot állít elő - amíg meg nem éled.
Hogyan befolyásolták az ásványok a korai életet?
Az ásványi felületek védik, szervezik és sablonozzák. Fogják ezeket a molekulákat, szelektálják és koncentrálják őket ... segítenek ezeknek a molekuláknak a hosszabb és hosszabb szerkezetek kialakulásához, mint például sejtmembránok és polimerek. Tudjuk, hogy a molekulák egyszerűen nem képesek ilyen módon szerveződni az óceánban vagy a légkörben - túlságosan hígak, túl véletlenszerűek. A felületek, mint például az ásványi anyagok, biztosítják az energiát és a koncentráció mechanizmust is ahhoz, hogy a molekulákat összehozhassák az élet eredete szempontjából.
A legnagyobb kérdés: Hogyan lehet eljutni az ásványi felületen elrendezett molekulákból a molekulák olyan csoportjához, amely másolatot készít önmagáról? Természetesen tudjuk, hogy ez az élet alapvető jellemzője, az önreplikáció, és tudjuk, hogy egy molekulák korai rendszerének kitalálnia kellett ezt a trükköt. Lehet, hogy az ásványi anyagok vezették ezt a folyamatot, vagy talán csupán a molekulák kényelmes helyéül szolgáltak, hogy találkozzanak és szerveződjenek, és valamilyen tiszta véletlen esemény útján éppen a megfelelő molekulák halmozódtak össze és képezték ezt az önreplikáló rendszert.
Kalcit (Cumbria, Anglia), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Egy trilobit, a Harvard Egyetem Összehasonlító Állattani Múzeum gyűjteményéből. Bár a trilobitok szorosan kapcsolódnak a modern patkórákokhoz, 251 millió évvel ezelőtt kihaltak. (Rob Tinworth) 
Goethite (Kalifornia), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Anglia), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Malachit (Arizona), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Labradorit (Madagaszkár), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), a Harvard Egyetem Ásványtani és Földtani Múzeuma gyűjteményéből. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen mikroszkóp alatt mikroszkóp alatt vékony kőszeleteket tanulmányoz a laborjában, a Carnegie Intézetben. (Doug Hamilton) 
Egy foga egy ősi megacápából, amelyet a Maryland-i Chesapeake-öböl közelében találtak. (Doug Hamilton) 
A stromatolitok, az élő mikrobák szőnyegei által előállított üledékes struktúrák áthatolnak a víz felszínén a Shark Bay-ben, Ausztrália. A fosszilis stromatolitok a Földön élő élet legrégebbi ismert bizonyítékai. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk és David Flannery egy 2, 7 milliárd éves fosszilis sztromatolitot vizsgálnak meg. (Doug Hamilton) Az ásványok fejlődik még ma?
Igen, természetesen vannak. Az emberi tevékenységek - az antropocén - következtében a nagyon gyors evolúciós szakaszba lépünk. Az emberek megváltoztatják a felszíni környezetet, és ha ezt teszik, akkor új kémiai fülkeket hoznak létre, ahol ásványok alakulhatnak ki. Szinte minden elem geokémiai ciklusát megváltoztatjuk. Bányászunk, dolgokat építünk, dolgokat cserélünk és vegyi üzemeket építünk. Ennek egyik következménye az, hogy új ásványok keletkeznek.
Vannak olyan ásványi anyagok, amelyek csak az akna lerakókban vagy a savas bányák lefolyójában fordulnak elő. Vannak olyan új ásványi anyagok, amelyek csak az enyémtartók gerendáin fordulnak elő. A hulladéklerakók már rendelkeznek régi számítógépes képernyők és iPhone készülékek időjárási termékeivel, amelyek a ritkaföldfémek új ásványait képezik, amelyeket csak most fedeztek fel.
Miért kellene az embereknek érdekelni az ásványokat?
Az ásványi anyagok elképesztően csodálatosak. A film megmutatja, hogy ez az ásványok esztétikai szépsége - puszta varázslat. Fontosak a társadalom minden aspektusában: Nincs technológiánk és a modern élet egyik kényelme sem lenne, ha az ásványi birodalom nem lenne. Ezt könnyű elfelejteni, mivel elszigeteltek vagyunk e termékek bányászata, feldolgozása és kémiai kezelése előtt. De modern világunkat az ásványok segítik elő. Úgy gondolom, hogy az ásványi anyagok látása az együtt fejlődő geoszféra és a bioszféra gazdagabb összefüggésében csak olyan rétegeket jelent, amelyek sokkal nagyobb jelentőséggel bírnak és érdeklődnek a témában.
A NOVA dokumentumfilmhez a világ minden tájáról forgatott. Mi volt a kedvenc látogatási helyed?
Nagyon szeretem Marokkót, és már fél tucat alkalommal itt voltam. De menni Nyugat-Ausztráliába - kiváltság volt, hogy ebben a hihetetlenül távoli, hihetetlenül szép, bár ritka, elhagyatott és veszélyes Pilbara földjén lehetek. A 3, 5 milliárd éves sziklák az ókori Föld kis szigetét képezik, amely lényegében deformálatlan. A sziklák soha nem tapasztalták meg a megváltoztatást és eróziót, amely gyakorlatilag minden fiatalabb kő esetében ismert.
Ez csak egy lenyűgöző hely. Ez olyan, mint egy zarándokút egy geológus számára. Ezt látni és megosztani a világ néhány szakértőjével minden geológusnak nagyon sokat kellene megtapasztalnia. Először és a szememen keresztül láttam friss palástot, de aztán megtanultam tőlük és tapasztaltatabbak szemében láttam. Ez egy igazán átalakító élmény volt.
A Life's Rocky Start című dokumentumfilm január 13-án, szerdán 9 órakor, ETS-en fog megjelenni a PBS-en.
Tudjon meg többet erről a kutatásról és másokról a Deep Carbon Observatory-ban.
