На рождественской вечеринке десять лет назад в голове у Роберта Хазена зарождалась идея. Хазен в то время был самопровозглашенным физиком минералов с твердым ядром, и, как и большинство ученых (и игроков 20 Вопросов), он считал, что минерал - это совершенно отдельное животное от животного и растительного мира. Но это должно было скоро измениться.
Связанный контент
- Путешествие через глубокое время с этой интерактивной землей
- Ранняя жизнь, возможно, процветала в обломках метеорита
Во время вечеринки теоретический биолог Гарольд Моровиц спросил Хазена, существовали ли глинистые минералы во время Хадея - геологического периода между 4, 6 и 4 миллиардами лет назад, когда формировалась ранняя Земля. Хотя основной вопрос, Хазен был озадачен. Моровиц по существу спрашивал, отличается ли минералогия, существовавшая, когда Земля была новой, и, возможно, когда возникла жизнь, от той, что мы видим сегодня.
«Ни один минералогист в истории никогда не задавал такой вопрос», - говорит Хазен. Хотя процесс минералообразования должен быть одинаковым независимо от того, происходил ли он миллиарды лет назад или в прошлый вторник, Хейзен понял, что нет никаких оснований предполагать, что минералы не могут эволюционировать, так же как жизнь меняется со временем. С тех пор он и его коллеги показали, что жизнь не зародилась в изоляции - минералы, вероятно, помогли ей на этом пути. И поскольку жизнь развивалась, она создала множество химических ниш, которые позволяли формироваться новым минералам.
«Мы видим эту взаимосвязанную эволюцию геосферы и биосферы», - говорит Хазен. «Жизнь порождает рок, камни порождают жизнь». Его команда и другие эксперты в этой области представляют эту идею в новой функции NOVA Life's Rocky Start . Я сел с Хейзеном, чтобы немного поболтать о фильме и удивительном мире минералов (следующее было отредактировано):
Расскажи мне немного о фильме Life's Rocky Start ?
«Жаркое начало жизни» - это история 4, 5-миллиардной истории Земли, рассказанная глазами минералога, который сам претерпел своего рода трансформацию. Я начинал как минералогист, думая, как и большинство минералогистов, что минералы - это красивые физические объекты - они разнообразны, они разнообразны. Но вы не можете рассказать историю минералов, не рассказав историю жизни. Сегодня мы знаем о 5000 или более минеральных разновидностях, каждый из которых имеет свой химический состав и кристаллическую структуру. И из этих 5000 более двух третей являются результатом изменений, которые жизнь внесла в Землю.
Так какой же был первый минерал во вселенной?
Удивительно, но когда мы начали думать о полезных ископаемых в течение долгого времени, никто не задавал этот вопрос. Разве это не удивительно? В любой области происхождение имеет большое значение - первая жизнь, первые планеты, первые звезды. Но минералогисты никогда не спрашивали, каким был первый минерал?
Сразу после большого взрыва все стало слишком жарко, и даже после того, как все немного конденсировалось, только водород и газообразный гелий составили основную часть Вселенной. Они не образуют минералы, потому что они газы, а минералы должны быть кристаллами. Следующее, что сделали водород и газообразный гелий, было конденсировать в большие звезды. Звезды - это двигатели так называемого нуклеосинтеза или создания всех химических элементов периодической таблицы. Минералы образуются из этих других элементов.
Когда после этой первой звезды вы могли получить первый кристалл? Оказывается, ответ - в газовых оболочках очень энергичных звезд или взрывающихся сверхновых. По мере того, как эти газовые оболочки расширяются и охлаждаются, у вас есть концентрации элементов, которые достаточно высоки, а температуры достаточно низки, чтобы могли образоваться первые кристаллы. Мы думаем, что этот первый кристалл был микроскопическим видом алмаза, потому что звезды богаты углеродом и потому, что алмаз образуется при самой высокой температуре из всех известных кристаллов.
Как насчет первых минералов на Земле?
Когда газы вокруг самых ранних звёзд охладились, может появиться еще дюжина различных кристаллов, которые образовались из наиболее распространенных элементов: кремния, кислорода, магния, азота. Это были самые первые виды минеральных кристаллов, которые засорили космос и образовали пыль тех огромных облаков, которые в конечном итоге образовали новые солнечные системы. Земля образовалась из одного из этих облаков.
Самые ранние планеты могли содержать 400 или 500 минералов. Затем, когда планеты, подобные Земле, развивались в течение миллиарда лет, мы могли получить до 1500 минералов, образующихся в результате чисто химических и физических процессов. Кроме этого, мы не знаем других мыслимых физических или химических процессов, связанных с тем, что планета, похожая на Землю, производит больше минералов, пока у вас не появится жизнь.
Как минералы влияли на молодость?
Минеральные поверхности защищают, упорядочивают и шаблонируют. Они берут эти молекулы, отбирают и концентрируют их ... они помогают этим молекулам реагировать, образуя все более и более длинные структуры, такие как клеточные мембраны и полимеры. Мы знаем, что молекулы просто не могут организоваться таким образом в океане или атмосфере - они слишком разбавлены, они слишком случайны. Именно поверхности, как минералы, обеспечивали энергию и механизм концентрации, необходимые для объединения молекул на ключевых этапах зарождения жизни.
Самый большой вопрос: как перейти от молекул, организованных на поверхности минерала, к набору молекул, которые делают свои копии? Мы, конечно, знаем, что это фундаментальная характеристика жизни, самовоспроизведения, и мы знаем, что какая-то ранняя система молекул, должно быть, поняла этот трюк. Возможно, минералы управляли этим процессом, или, может быть, они были просто удобным местом для встречи и организации молекул, и просто по случайному случаю, именно правильный набор молекул собрался вместе и сформировал эту самовоспроизводящуюся систему.
Кальцит (Камбрия, Англия), из собраний Минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Трилобит из коллекций Музея сравнительной зоологии при Гарвардском университете. Хотя трилобиты были тесно связаны с современными подковообразными крабами, они вымерли 251 миллион лет назад. (Роб Тинворт) 
Гетит (Калифорния), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Flourite (Камбрия, Англия), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Азурит (Аризона), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Родохрозит (Перу), из коллекций минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Малахит (Аризона), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Лабрадорит (Мадагаскар), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Варисцит (штат Юта), из собраний минералогического и геологического музея Гарвардского университета. (Роб Тинворт) 
Роберт Хейзен изучает тонкие кусочки камня под микроскопом в своей лаборатории в Институте Карнеги. (Даг Гамильтон) 
Зуб древней мегакулы, найденный около Чесапикского залива, штат Мэриленд. (Даг Гамильтон) 
Строматолиты, осадочные структуры, образованные циновками живых микробов, протыкают поверхность воды в заливе Шарк, Австралия. Ископаемые строматолиты представляют собой одно из древнейших известных свидетельств жизни на Земле. (Даг Гамильтон) 
Мартин Ван Кранендонк и Дэвид Фланнери осматривают ископаемый строматолит в 2, 7 миллиарда лет. (Даг Гамильтон) Минералы все еще развиваются сегодня?
Да, конечно. Мы вступаем в период очень быстрой эволюции благодаря антропогенной деятельности - антропоцена. Люди изменяют приповерхностную среду, и когда вы делаете это, вы создаете новые химические ниши, в которых могут образовываться минералы. Мы меняем геохимический цикл практически каждого элемента. Мы добываем вещи, мы строим вещи, мы перемещаем вещи и мы строим химические заводы. Одним из последствий этого является то, что возникают новые минералы.
Есть минералы, которые встречаются только в шахтных отвалах или кислотных шахтных дренажах Есть новые полезные ископаемые, которые только появляются на бревнах шахтных поддержек. На свалках теперь есть продукты выветривания старых компьютерных экранов и айфонов, которые образуют новые минералы из редкоземельных элементов, которые только открываются.
Почему люди должны заботиться о минералах?
Минералы удивительно прекрасны. Фильм показывает, что в минералах есть эта эстетическая красота - чистая магия. Они важны для каждого аспекта общества: у нас не было бы технологий, и ни одно из удобств современной жизни, если бы не минеральное царство. Это легко забыть, потому что мы изолированы от добычи, обработки и химической обработки этих продуктов. Но нашему современному миру способствует минералы. Я думаю, что видение минералов в этом более богатом контексте совместной эволюции геосферы и биосферы - это слои, которые гораздо важнее и интереснее по этому вопросу.
Для документального фильма NOVA вы снимали по всему миру. Какое ваше любимое место для посещения?
Я, конечно, люблю Марокко, и я был там с полдюжины раз. Но отправиться в Западную Австралию - это была честь быть в этой невероятно отдаленной, невероятно красивой, хотя и редкой, пустынной и опасной земле Пилбары. Камни возрастом 3, 5 миллиарда лет образуют маленький островок древней Земли, который практически не деформирован. Скалы никогда не испытывали изменения и эрозии, которые известны практически всем молодым камням.
Это просто удивительное место. Это как паломничество для геолога. Чтобы увидеть это и быть в состоянии поделиться этим с некоторыми мировыми экспертами, любой геолог мог бы дать много опыта. Сначала я видел обнажение и свежо своими глазами, но потом я учился у них и мог видеть его глазами более опытных людей. Это был действительно преображающий опыт.
Документальный фильм Life's Rocky Start будет транслироваться в среду, 13 января, в 9 вечера по восточному времени на PBS.
Узнайте больше об этом исследовании в Обсерватории Deep Carbon.
