Η ζωή βοηθά στην παραγωγή σχεδόν των μισών ορυκτών στη Γη
Ο αντίκτυπος της γεωλογίας της Γης στη ζωή είναι εύκολο να δει κανείς, με τους οργανισμούς να προσαρμόζονται σε περιβάλλοντα τόσο διαφορετικά όπως οι έρημοι, τα βουνά, τα δάση και οι ωκεανοί. Ο πλήρης αντίκτυπος της ζωής στη γεωλογία, ωστόσο, μπορεί εύκολα να χαθεί.
Μια ολοκληρωμένη νέα έρευνα των ορυκτών του πλανήτη μας διορθώνει τώρα αυτήν την παράλειψη. Ανάμεσα στα ευρήματά του υπάρχουν στοιχεία ότι περίπου το ήμισυ της ορυκτής ποικιλότητας είναι το άμεσο ή έμμεσο αποτέλεσμα των ζωντανών όντων και των υποπροϊόντων τους. Είναι μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμες γνώσεις σε επιστήμονες που συνδυάζουν την περίπλοκη γεωλογική ιστορία της Γης — καθώς και σε όσους αναζητούν στοιχεία για ζωή πέρα από αυτόν τον κόσμο.
Σε ένα ζευγάρι εργασιών που δημοσιεύθηκαν σήμερα στο American Mineralogist , οι ερευνητές Robert Hazen, Shaunna Morrison και οι συνεργάτες τους σκιαγραφούν ένα νέο ταξινομικό σύστημα για την ταξινόμηση των ορυκτών, ένα σύστημα που δίνει σημασία στο πώς ακριβώς σχηματίζονται τα ορυκτά και όχι μόνο στο πώς φαίνονται. Με αυτόν τον τρόπο, το σύστημά τους αναγνωρίζει πώς η γεωλογική ανάπτυξη της Γης και η εξέλιξη της ζωής επηρεάζουν η μία την άλλη.
Η νέα ταξινομία τους, βασισμένη σε αλγοριθμική ανάλυση χιλιάδων επιστημονικών εργασιών, αναγνωρίζει περισσότερους από 10.500 διαφορετικούς τύπους ορυκτών. Αυτό είναι σχεδόν διπλάσιο από τα περίπου 5.800 «είδη» ορυκτών στην κλασική ταξινόμηση της Διεθνούς Ορυκτολογικής Εταιρείας, η οποία εστιάζει αυστηρά στην κρυσταλλική δομή και τη χημική σύνθεση ενός ορυκτού.
«Αυτό είναι το σύστημα ταξινόμησης που χρησιμοποιείται για περισσότερα από 200 χρόνια, και αυτό με το οποίο μεγάλωσα, έμαθα, μελέτησα και αγόρασα», είπε ο Hazen, ορυκτολόγος στο Ινστιτούτο Επιστήμης Carnegie στην Ουάσιγκτον, DC. μόνο για τη δομή των ορυκτών φαινόταν από καιρό ως μνημειώδες μειονέκτημα.
Πίσω στο 2008, άρχισε να σκάβει στη βιβλιογραφία για κάθε είδος γνωστού ορυκτού, αναζητώντας δεδομένα σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού τους. Το έργο «ήταν ένα τέρας που έπρεπε να αντιμετωπιστεί», είπε ο Morrison, ο οποίος ξεκίνησε να συνεργάζεται με τον Hazen στο Ινστιτούτο Carnegie το 2013. Τα δεδομένα γρήγορα έγιναν θολά επειδή πολλά ορυκτά είδη αποδείχτηκε ότι προέκυψαν από πολλαπλές διαφορετικές διεργασίες.
Πάρτε, για παράδειγμα, κρυστάλλους πυρίτη (κοινώς γνωστούς ως fool’s gold). «Ο πυρίτης σχηματίζεται με 21 θεμελιωδώς διαφορετικούς τρόπους», είπε ο Hazen. Μερικοί κρύσταλλοι πυρίτη σχηματίζονται όταν οι πλούσιες σε χλωριούχες αποθέσεις σιδήρου θερμαίνονται βαθιά στο έδαφος για εκατομμύρια χρόνια. Άλλα σχηματίζονται σε ιζήματα ψυχρού ωκεανού ως υποπροϊόν βακτηρίων που διασπούν την οργανική ύλη στον πυθμένα της θάλασσας. Άλλες πάλι συνδέονται με ηφαιστειακή δραστηριότητα, διαρροή υπόγειων υδάτων ή ανθρακωρυχεία.
"Κάθε ένα από αυτά τα είδη πυρίτη μας λέει κάτι διαφορετικό για τον πλανήτη μας, την προέλευσή του, για τη ζωή και πώς έχει αλλάξει με το πέρασμα του χρόνου", είπε ο Hazen.
Για αυτόν τον λόγο, τα νέα έγγραφα ταξινομούν τα ορυκτά κατά «είδος», έναν όρο που οι Hazen και Morrison ορίζουν ως συνδυασμό του ορυκτού είδους με τον μηχανισμό προέλευσής του (σκεφτείτε τον ηφαιστειακό πυρίτη έναντι του μικροβιακού πυρίτη). Χρησιμοποιώντας ανάλυση μηχανικής μάθησης, ερεύνησαν δεδομένα από χιλιάδες επιστημονικές εργασίες και εντόπισαν 10.556 διαφορετικά είδη ορυκτών.
Οι Morrison και Hazen εντόπισαν επίσης 57 διαδικασίες που μεμονωμένα ή σε συνδυασμό δημιούργησαν όλα τα γνωστά ορυκτά. Αυτές οι διεργασίες περιελάμβαναν διάφορους τύπους καιρικών συνθηκών, χημικές κατακρημνίσεις, μεταμορφωμένους μετασχηματισμούς στο εσωτερικό του μανδύα, κεραυνούς, ακτινοβολία, οξείδωση, μαζικές κρούσεις κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της Γης, ακόμη και συμπυκνώσεις στο διαστρικό διάστημα πριν σχηματιστεί ο πλανήτης. Επιβεβαίωσαν ότι ο μεγαλύτερος μεμονωμένος παράγοντας στην ποικιλότητα των ορυκτών στη Γη είναι το νερό, το οποίο μέσω μιας ποικιλίας χημικών και φυσικών διεργασιών βοηθά στη δημιουργία άνω του 80% των ορυκτών.
Αλλά ανακάλυψαν επίσης ότι η ζωή είναι ένας βασικός παράγοντας:το ένα τρίτο όλων των ορυκτών σχηματίζεται αποκλειστικά ως μέρη ή υποπροϊόντα ζωντανών όντων - όπως κομμάτια από κόκκαλα, δόντια, κοράλλια και πέτρες στα νεφρά (τα οποία είναι όλα πλούσια σε ορυκτά) ή περιττώματα, ξύλο, μικροβιακά χαλάκια και άλλα οργανικά υλικά που με τον γεωλογικό χρόνο μπορούν να απορροφήσουν στοιχεία από το περιβάλλον τους και να μεταμορφωθούν σε κάτι περισσότερο σαν βράχο. Χιλιάδες ορυκτά διαμορφώνονται από τη δραστηριότητα της ζωής με άλλους τρόπους, όπως οι ενώσεις γερμανίου που σχηματίζονται στις βιομηχανικές πυρκαγιές άνθρακα. Συμπεριλαμβανομένων ουσιών που δημιουργούνται μέσω αλληλεπιδράσεων με υποπροϊόντα της ζωής, όπως το οξυγόνο που παράγεται στη φωτοσύνθεση, τα δακτυλικά αποτυπώματα της ζωής βρίσκονται στο μισό περίπου όλων των ορυκτών.
Ιστορικά, οι επιστήμονες «έχουν χαράξει τεχνητά μια γραμμή μεταξύ του τι είναι γεωχημεία και τι είναι βιοχημεία», είπε η Νίτα Σαχάι, ειδικός στη βιομεταλλοποίηση στο Πανεπιστήμιο του Άκρον στο Οχάιο που δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα. Στην πραγματικότητα, το όριο μεταξύ ζωικού, φυτικού και ορυκτού είναι πολύ πιο ρευστό. Τα ανθρώπινα σώματα, για παράδειγμα, είναι περίπου 2% μέταλλα κατά βάρος, τα περισσότερα από αυτά κλειδωμένα στο ικρίωμα φωσφορικού ασβεστίου που ενισχύει τα δόντια και τα οστά μας.
Το πόσο βαθιά είναι συνυφασμένο το ορυκτολογικό με το βιολογικό μπορεί να μην αποτελεί τεράστια έκπληξη για τους επιστήμονες της γης, είπε ο Sahai, αλλά η νέα ταξινόμηση του Morrison και του Hazen «έθεσε μια ωραία συστηματοποίηση και το έκανε πιο προσιτό σε μια ευρύτερη κοινότητα».
Η νέα ταξινόμηση ορυκτών θα είναι ευπρόσδεκτη από ορισμένους επιστήμονες. («Το παλιό ήταν χάλια», είπε η Sarah Carmichael, ερευνήτρια ορυκτολογίας στο Appalachian State University.) Άλλοι, όπως ο Carlos Gray Santana, ένας φιλόσοφος της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, στέκονται δίπλα στο σύστημα IMA, ακόμα κι αν δεν το κάνει. να λάβει υπόψη τη φύση της εξέλιξης των ορυκτών. "Αυτό δεν είναι πρόβλημα", είπε, επειδή η ταξινόμηση IMA αναπτύχθηκε για εφαρμοσμένους σκοπούς, όπως η χημεία, η εξόρυξη και η μηχανική, και εξακολουθεί να λειτουργεί όμορφα σε αυτούς τους τομείς. "Είναι καλό στην εξυπηρέτηση των πρακτικών μας αναγκών."
Ωστόσο, οι ανάγκες των επιστημόνων αλλάζουν επίσης λόγω δραστηριοτήτων όπως η εξερεύνηση του διαστήματος. Μια συνέπεια των ευρημάτων των Hazen και Morrison είναι ότι ο υδάτινος, ζωντανός πλανήτης μας είναι πιθανώς πολύ πιο πλούσιος σε ορυκτολογική ποικιλότητα από άλλα βραχώδη σώματα στο ηλιακό σύστημα. «Υπάρχουν πολλά ορυκτά που απλά δεν μπορούσαν να σχηματιστούν στον Άρη», είπε ο Hazen. "Δεν έχει πιγκουίνους που κάνουν κακώσεις σε ορυκτά πηλού, δεν έχει νυχτερίδες σε σπηλιές, δεν έχει κάκτους που αποσυντίθενται ή άλλα παρόμοια."
Ωστόσο, ο Hazen και ο Morrison ελπίζουν ότι η ταξινομία τους θα μπορούσε μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την αποκωδικοποίηση της γεωλογικής ιστορίας άλλων πλανητών ή φεγγαριών και για την αναζήτηση υπαινιγμών για ζωή εκεί, παρελθόν ή παρόν. Κατά την εξέταση ενός αρειανού κρυστάλλου, για παράδειγμα, οι ερευνητές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το νέο ορυκτολογικό πλαίσιο για να εξετάσουν χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος των κόκκων και τα ελαττώματα της δομής για να προσδιορίσουν εάν θα μπορούσε να είχε παραχθεί από ένα αρχαίο μικρόβιο και όχι από μια ετοιμοθάνατη θάλασσα ή ένα χτύπημα μετεωρίτη. /P>
Ο Hazen πιστεύει ότι η νέα ταξινόμηση μπορεί ακόμη και να βοηθήσει στον εντοπισμό της ζωής σε πλανήτες γύρω από μακρινά αστέρια. Το φως από εξωπλανήτες που ανιχνεύθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και άλλα εξελιγμένα όργανα θα μπορούσε να αναλυθεί για να προσδιοριστεί η χημική σύσταση της ατμόσφαιράς τους. Με βάση τη μετρήσιμη περιεκτικότητα σε οξυγόνο, την παρουσία ή την απουσία υδρατμών, τις σχετικές συγκεντρώσεις άνθρακα και άλλα δεδομένα, οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσπαθήσουν να προβλέψουν ποια είδη ορυκτών είναι πιθανό να σχηματιστούν από έτη φωτός μακριά.
Ο Timothy Lyons, ένας βιογεωχημικός που είναι μέλος της ομάδας αστροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ρίβερσαϊντ, πιστεύει ότι αυτό μπορεί να ωθήσει τη μεθοδολογία πολύ μακριά, καθώς «δεν πρόκειται να πάτε σε αυτούς τους πλανήτες και να συλλέξετε ορυκτά» για να επιβεβαιώσετε τα αποτελέσματα. Ωστόσο, βλέπει την ταξινόμηση του Hazen και του Morrison ως μια δυνητικά σημαντική πηγή πληροφοριών για μελέτες εξωγήινων ορυκτών που βρίσκονται στο φεγγάρι και τον Άρη μας.
«Με έναν πραγματικά σμίκρυνση, ευρείας κλίμακας τρόπο, καταλαβαίνουμε όχι μόνο τον πλανήτη μας [αλλά και] ολόκληρο το ηλιακό μας σύστημα, και ενδεχομένως τα ηλιακά συστήματα πέρα από αυτό», είπε ο Morrison. "Αυτό είναι πραγματικά απίστευτο."
