Σε ένα πάρτι Χριστουγέννων πριν από δέκα χρόνια, μια ιδέα έβγαινε στο μυαλό του Ρόμπερτ Χάζεν. Ο Hazen ήταν αυτοαποκαλούμενος «σκληρός πυρήνας» ορυκτός φυσικός εκείνη την εποχή και, όπως και οι περισσότεροι επιστήμονες (και οι παίκτες των 20 ερωτήσεων), θεωρούσε μεταλλικά ένα εντελώς ξεχωριστό κτήνος από ζώα και λαχανικά. Αλλά αυτό σύντομα θα αλλάξει.
σχετικό περιεχόμενο
- Ταξιδεύστε βαθιά με αυτή τη διαδραστική γη
- Η πρώιμη ζωή μπορεί να έχει αναπτυχθεί στα συντρίμμια ενός μετεωρίτη
Κατά τη διάρκεια του κόμματος, ο θεωρητικός βιολόγος Χάρολντ Μόροβιτς ρώτησε τον Hazen αν υπήρχαν αργυρά ορυκτά κατά τη διάρκεια του Hadean - της γεωλογικής περιόδου που ήταν πριν από 4, 6 έως 4 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν σχηματίστηκε η πρώιμη Γη. Αν και ένα βασικό ερώτημα, ο Hazen χτυπήθηκε. Ο Morowitz ρωτούσε ουσιαστικά αν η ορυκτολογία που υπήρχε όταν η Γη ήταν νέα και ενδεχομένως όταν η ζωή προήλθε ήταν διαφορετική από αυτή που βλέπουμε σήμερα.
"Κανένας ορυκτολόγος στην ιστορία ποτέ δεν είχε θέσει μια τέτοια ερώτηση", λέει ο Hazen. Ενώ μια διαδικασία σχηματισμού ορυκτών πρέπει να είναι η ίδια είτε συνέβη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια είτε την περασμένη Τρίτη, ο Hazen συνειδητοποίησε ότι δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε ότι τα ανόργανα στοιχεία δεν θα μπορούσαν να εξελίσσονται όπως ακριβώς και η ζωή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτός και οι συνάδελφοί του έκτοτε έδειξαν ότι η ζωή δεν ξεπήδησε μεμονωμένα - τα ορυκτά πιθανόν να την βοηθούσαν στο δρόμο. Και καθώς η ζωή εξελίχθηκε, δημιούργησε μια μυριάδα χημικών κόγχων που επέτρεψαν τη δημιουργία νέων ορυκτών.
"Βλέπουμε αυτή τη συνυφασμένη συν-εξέλιξη της γεωσφαίρας και της βιόσφαιρας", λέει ο Hazen. «Η ζωή γέρνει βράχο, πέτρες δημιουργούν ζωή». Η ομάδα του και άλλοι εμπειρογνώμονες στον τομέα παρουσιάζουν αυτή την ιδέα σε ένα νέο χαρακτηριστικό NOVA του Rocky Start Life . Κάθισα με τον Hazen για να μιλήσω λίγο για την ταινία και τον καταπληκτικό κόσμο των ορυκτών (τα παρακάτω έχουν τροποποιηθεί για το μήκος):
Πες μου λίγο για την ταινία Life's Rocky Start ;
Το Rocky Start της ζωής είναι η ιστορία της ιστορίας της γης, 4, 5 δισεκατομμυρίων ετών, που διηγείται μέσα από τα μάτια ενός μεταλλολόγου που έχει υποστεί ένα είδος μετασχηματισμού ο ίδιος. Άρχισα ως ορυκτολόγος, σκέφτομαι όπως οι περισσότεροι μεταλλοπαθολόγοι κάνουν ότι τα ορυκτά είναι όμορφα φυσικά αντικείμενα - είναι ποικίλα, είναι διαφορετικά. Αλλά δεν μπορείτε να πείτε την ιστορία των ορυκτών χωρίς να λέτε επίσης την ιστορία της ζωής. Σήμερα γνωρίζουμε 5.000 ή περισσότερα ορυκτά είδη - κάθε μια ξεχωριστή χημική σύνθεση και κρυσταλλική δομή. Και από αυτούς τους 5.000, περισσότερα από τα δύο τρίτα είναι το αποτέλεσμα των αλλαγών που έχει κάνει η ζωή στη Γη.
Ποιο ήταν λοιπόν το πρώτο ορυκτό στο σύμπαν;
Όταν αρχίσαμε να σκεφτόμαστε τα ορυκτά μέσα από το βαθύ χρόνο, με έκπληξη, κανείς δεν είχε θέσει την ερώτηση. Δεν είναι καταπληκτικό; Σε οποιοδήποτε πεδίο, οι ρίζες είναι μια μεγάλη υπόθεση - η πρώτη ζωή, οι πρώτοι πλανήτες, τα πρώτα αστέρια. Αλλά οι μεταλλοπαθείς δεν είχαν ποτέ ρωτήσει, ποιο ήταν το πρώτο ορυκτό;
Αμέσως μετά το μεγάλο κτύπημα, τα πράγματα είναι πολύ ζεστά και ακόμα και μετά από τα πράγματα συμπυκνώθηκαν λίγο, ήταν μόνο υδρογόνο και αέριο ηλίου που αποτελούσε το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος. Δεν σχηματίζουν μέταλλα επειδή είναι αέρια, και τα μέταλλα πρέπει να είναι κρύσταλλα. Το επόμενο πράγμα που έκανε το αέριο υδρογόνου και ηλίου ήταν η συμπύκνωση σε μεγάλα αστέρια. Τα αστέρια είναι κινητήρες της λεγόμενης νουκλεοσύνθεσης ή κάνουν όλα τα χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα. Τα ορυκτά σχηματίζονται από αυτά τα άλλα στοιχεία.
Όταν μετά από αυτό το πρώτο αστέρι θα μπορούσατε να έχετε το πρώτο κρύσταλλο; Η απάντηση, αποδεικνύεται, βρίσκεται στους αέριους φακέλους των πολύ ενεργών αστεριών ή των εκρηκτικών υπερκαινοφανών. Καθώς οι αέριοι φάκελοι εκτείνονται και ψύχονται, έχετε συγκεντρώσεις στοιχείων που είναι αρκετά υψηλά και θερμοκρασίες αρκετά χαμηλές ώστε να σχηματιστούν οι πρώτοι κρύσταλλοι. Αυτό το πρώτο κρύσταλλο, νομίζουμε, ήταν ένα μικροσκοπικό είδος διαμαντιού, επειδή τα αστέρια είναι πλούσια σε άνθρακα και επειδή το διαμάντι σχηματίζεται στην υψηλότερη θερμοκρασία οποιουδήποτε γνωστού κρυστάλλου.
Τι γίνεται με τα πρώτα ορυκτά στη Γη;
Καθώς τα αέρια γύρω από τα πρώτα αστεράκια ψύχονται, μπορεί να υπάρχει μια δωδεκάδα διαφορετικών κρυστάλλων που σχηματίζονται από τα πιο κοινά στοιχεία: πυρίτιο, οξυγόνο, μαγνήσιο, άζωτο. Αυτά ήταν τα πρώτα είδη ορυκτών κρυστάλλων που κατέστρεψαν τον Κόσμο και σχημάτιζαν τη σκόνη αυτών των μεγάλων σύννεφων που τελικά δημιούργησαν νέα ηλιακά συστήματα. Η Γη σχηματίστηκε από ένα από αυτά τα σύννεφα.
Οι πρώτοι πλανήτες μπορεί να είχαν 400 ή 500 μέταλλα. Στη συνέχεια, καθώς οι πλανήτες όπως η Γη εξελίχθηκαν πάνω από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, ίσως έχουμε φτάσει μέχρι 1.500 ανόργανα στοιχεία, τα οποία σχηματίζονται από καθαρές χημικές και φυσικές διεργασίες. Πέρα από αυτό, δεν υπάρχει άλλη πιθανή φυσική ή χημική διαδικασία που γνωρίζουμε για έναν πλανήτη που μοιάζει με τη Γη να παράγει περισσότερα ορυκτά - μέχρις ότου έχετε ζωή.
Πώς επηρέαζαν τα μέταλλα την πρώιμη ζωή;
Οι ορυκτές επιφάνειες προστατεύουν, οργανώνουν και προτυποποιούν. Παίρνουν αυτά τα μόρια και επιλέγουν και συγκεντρώνουν τα ... βοηθούν αυτά τα μόρια να αντιδράσουν για να σχηματίσουν μακρύτερες και μακρύτερες δομές όπως κυτταρικές μεμβράνες και πολυμερή. Γνωρίζουμε ότι τα μόρια απλά δεν μπορούν να οργανωθούν με αυτόν τον τρόπο στον ωκεανό ή στην ατμόσφαιρα - είναι πολύ αραιά, είναι πολύ τυχαία. Ήταν επιφάνειες, όπως τα μεταλλικά στοιχεία, που παρείχαν τόσο την ενέργεια όσο και τον μηχανισμό συγκέντρωσης που χρειάζεται για να φέρουν τα μόρια μαζί στα βασικά βήματα για την προέλευση της ζωής.
Το μεγαλύτερο ερώτημα είναι: Πώς πηγαίνει κανείς από μόρια που οργανώνονται σε μια ορυκτή επιφάνεια σε ένα σύνολο μορίων που δημιουργεί αντίγραφα του ίδιου; Σίγουρα γνωρίζουμε ότι αυτό είναι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της ζωής, της αυτοαναδιπλασιασμού και γνωρίζουμε ότι κάποιο πρώιμο σύστημα μορίων πρέπει να το βγάλει αυτό το κόλπο. Ίσως τα ορυκτά να καθοδηγούσαν αυτή τη διαδικασία ή ίσως να ήταν απλώς ένα βολικό μέρος για να συναντήσουν και να οργανώσουν τα μόρια, και απλά από κάποιο γεγονός καθαρού τυχαίου, μόνο το σωστό σύνολο μορίων συνενώθηκαν και σχημάτισαν αυτό το αυτοαναπαραγόμενο σύστημα.
Calcite (Cumbria, Αγγλία), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Ένα trilobite, από τις συλλογές του Μουσείου Συγκριτικής Ζωολογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Αν και σχετίζονται στενά με τα σύγχρονα καβούρια πετάλων, τα τριλόμιτα εξαφανίστηκαν 251 εκατομμύρια χρόνια πριν. (Rob Tinworth) 
Goethite (Καλιφόρνια), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Αγγλία), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού και Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Azurite (Αριζόνα), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Περού), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Μαλαχίτης (Αριζόνα), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Labradorite (Μαδαγασκάρη), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Variscite (Γιούτα), από τις συλλογές του Ορυκτολογικού & Γεωλογικού Μουσείου στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. (Rob Tinworth) 
Ο Robert Hazen μελετάει λεπτές φέτες ροκ κάτω από μικροσκόπιο στο εργαστήριό του στο ίδρυμα Carnegie. (Doug Hamilton) 
Ένα δόντι από ένα αρχαίο μέγα-καρχαρία βρέθηκε κοντά στο Chesapeake Bay, Maryland. (Doug Hamilton) 
Στροματόλιθοι, ιζηματογενείς κατασκευές που κατασκευάζονται από χαλάκια ζωντανού μικροβίου, σπρώχνουν μέσα από την επιφάνεια του νερού στον κόλπο Shark της Αυστραλίας. Οι ορυκτοί στρωματολίτες αντιπροσωπεύουν μερικές από τις παλαιότερες γνωστές αποδείξεις της ζωής στη Γη. (Doug Hamilton) 
Ο Martin Van Kranendonk και ο David Flannery επιθεωρούν ένα απολιθωμένο στρώτολιθο από 2, 7 δισεκατομμύρια χρόνια. (Doug Hamilton) Τα ορυκτά εξακολουθούν να εξελίσσονται σήμερα;
Ναι, φυσικά είναι. Εισερχόμαστε σε μια περίοδο πολύ ταχείας εξέλιξης λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων - του Ανθρωπόκεν. Οι άνθρωποι αλλάζουν το περιβάλλον της γύρω περιοχής και, όταν το κάνετε, δημιουργείτε νέες χημικές θέσεις όπου σχηματίζονται ορυκτά. Αλλάζουμε τον γεωχημικό κύκλο σχεδόν κάθε στοιχείου. Είμαστε ορυχεία, χτίζουμε πράγματα, αλλάζουμε τα πράγματα και κατασκευάζουμε χημικές εγκαταστάσεις. Μία από τις συνέπειες από αυτό είναι ότι προκύπτουν νέα ορυκτά.
Υπάρχουν ορυκτά που εμφανίζονται μόνο σε αποχωρητήρια ορυχείων ή αποχετεύσεις ορυκτών ορυχείων. Υπάρχουν νέα ορυκτά που εμφανίζονται μόνο στα ξύλα των στηριγμάτων. Οι χώροι υγειονομικής ταφής έχουν πλέον προϊόντα από τις παλιές οθόνες ηλεκτρονικών υπολογιστών και τα iPhone, τα οποία σχηματίζουν νέα ορυκτά στοιχεία σπάνιων γαιών που μόλις ανακαλύπτονται.
Γιατί οι άνθρωποι πρέπει να νοιάζονται για μέταλλα;
Τα ορυκτά είναι εκπληκτικά υπέροχα. Η ταινία δείχνει ότι υπάρχει αυτή η αισθητική ομορφιά στα μέταλλα - μια καθαρή μαγεία. Είναι σημαντικές σε κάθε πτυχή της κοινωνίας: Δεν θα είχαμε τεχνολογία και καμία από τις ανέσεις της σύγχρονης ζωής δεν ήταν για το ορυκτό. Είναι εύκολο να ξεχνούμε ότι, επειδή είμαστε μόνωση από την εξόρυξη και την επεξεργασία και τη χημική επεξεργασία αυτών των προϊόντων. Αλλά ο σύγχρονος κόσμος μας διευκολύνει τα ορυκτά. Νομίζω ότι βλέποντας τα ορυκτά σε αυτό το πλουσιότερο πλαίσιο μιας εξελισσόμενης γεωσφαίρας και βιόσφαιρας απλώς στοιχίζει πολύ μεγαλύτερη σημασία και ενδιαφέρον για το θέμα.
Για το ντοκιμαντέρ NOVA, γυρίσατε σε όλο τον κόσμο. Ποιο ήταν το αγαπημένο σας μέρος για να επισκεφτείτε;
Σίγουρα αγαπώ το Μαρόκο και έχω περάσει εδώ και δώδεκα φορές τώρα. Αλλά για τη Δυτική Αυστραλία, ήταν ένα προνόμιο να βρίσκεστε σε αυτή την απίστευτα απομακρυσμένη, απίστευτα όμορφη, αν και αραιή, ερημική και επικίνδυνη γη της Πιμπάρα. Οι βράχοι των 3, 5 δισεκατομμυρίων ετών σχηματίζουν ένα μικρό νησί της αρχαίας Γης, το οποίο ουσιαστικά παραμορφώνεται. Οι βράχοι δεν βίωσαν ποτέ το είδος της αλλαγής και διάβρωσης που είναι γνωστό για σχεδόν όλους τους νεότερους βράχους.
Είναι απλά ένα εκπληκτικό μέρος. Είναι σαν ένα προσκύνημα για έναν γεωλόγο. Για να το δείτε αυτό και να το μοιραστείτε με μερικούς από τους εμπειρογνώμονες του κόσμου είναι κάτι που κάθε γεωλόγος θα έδινε πολλές εμπειρίες. Είδα την προεξοχή πρώτα και φρέσκα μέσα από τα μάτια μου, αλλά στη συνέχεια έμαθα από αυτά και μπορούσα να το δω μέσα από τα μάτια των άλλων που είναι πιο έμπειροι. Αυτή ήταν μια πραγματικά μεταβαλλόμενη εμπειρία.
Το ντοκιμαντέρ του Life's Rocky Start θα κυκλοφορήσει την Τετάρτη 13 Ιανουαρίου στις 9 μ.μ. στο PBS.
Μάθετε για αυτή την έρευνα και περισσότερα στο Παρατηρητήριο Deep Carbon.
