На коледно парти преди десет години в съзнанието на Робърт Хазен се зароди идея. По това време Хазен беше самопровъзгласен физик на минералите с твърдо ядро и подобно на повечето учени (и играчи на 20 въпроса) считаше минерала за напълно отделен звяр от животни и зеленчуци. Но това скоро трябваше да се промени.
Свързано съдържание
- Пътувайте през дълбоко време с тази интерактивна земя
- Ранният живот може да е процъфтявал в останките на метеорит
По време на партито теоретичният биолог Харолд Моровиц попита Хейзън дали глинести минерали са съществували по време на Хадан - геоложкия период между 4, 6 и 4 милиарда години, когато се е образувала ранна Земя. Макар и основен въпрос, Хейзън беше изумена. Моровиц по същество питаше дали минералогията, която съществуваше, когато Земята беше нова, и вероятно, когато животът възниква, е различна от тази, която виждаме днес.
„Никой минералог в историята никога не е задавал подобен въпрос“, казва Хейзън. Докато процесът на образуване на минерали трябва да бъде същият, независимо дали се е случил преди милиарди години или миналия вторник, Хазен осъзна, че няма причина да предполага, че минералите не могат да се развиват, точно както животът се променя с течение на времето. Той и колегите му оттогава доказват, че животът не е възникнал изолирано - минералите вероятно са му помагали по пътя. И с развитието на живота той създава безброй химически ниши, които позволяват да се образуват нови минерали.
„Виждаме тази преплетена съвместна еволюция на геосферата и биосферата“, казва Хазен. „Животът започва рок, скалите започват живот.“ Неговият екип и други експерти в тази област представят тази идея в нова функция на NOVA Rocky Start на NOVA. Седнах с Хазен, за да си поговоря малко за филма и невероятния свят на минерали (следното е редактирано за дължина):
Разкажи ми малко за филма „Скалистият старт на живота“ ?
Rocky Start на Life е историята на 4, 5-милиардната история на Земята, разказана през очите на минералог, който сам е претърпял своеобразна трансформация. Започнах като минералог, мислейки, както повечето минералози правят, че минералите са красиви физически обекти - разнообразни са, разнообразни са. Но не можете да разкажете историята на минералите, без да разкажете и историята на живота. Днес знаем за 5000 или повече минерални видове - всеки от тях с отличителен химичен състав и кристална структура. А от тези 5000 повече от две трети са резултат от промените, които животът направи на Земята.
И така, какъв беше първият минерал във Вселената?
Когато започнахме да мислим за минералите през дълбоко време, изненадващо, никой не беше задал този въпрос. Не е ли невероятно? Във всяка област произходът е голяма работа - първи живот, първи планети, първи звезди. Минералозите обаче никога не са питали, кой е първият минерал?
Веднага след големия взрив нещата са много горещи и дори след като нещата се кондензират малко, само водородът и хелият газ съставляват по-голямата част от Вселената. Те не образуват минерали, защото са газове, а минералите трябва да са кристали. Следващото нещо, което водородът и хелият газ направиха, се кондензираха в големи звезди. Звездите са двигатели на това, което се нарича нуклеосинтеза, или създаване на всички химични елементи на периодичната таблица. Минералите се образуват от тези други елементи.
Кога след тази първа звезда можехте ли да имате първия кристал? Оказва се, че отговорът е в газообразните обвивки на много енергични звезди или експлодиращи свръхнови. Тъй като тези газообразни обвивки се разширяват и изстиват, имате концентрации на елементи, които са достатъчно високи и температури са достатъчно ниски, за да могат да се образуват първите кристали. Този първи кристал, според нас, беше микроскопичен вид диамант, защото звездите са богати на въглерод и защото диамантът се образува при най-високата температура на всеки известен кристал.
Ами първите минерали на Земята?
Докато газовете около най-ранните звезди се охлаждат, може да има още десетина различни кристали, образувани от най-често срещаните елементи: силиций, кислород, магнезий, азот. Това бяха първите видове минерални кристали, които осеяха Космоса и образуваха праха на онези големи облаци, които в крайна сметка образуваха нови слънчеви системи. Земята се е образувала от един от тези облаци.
Най-ранните планети може да са имали 400 или 500 минерали. Тогава, тъй като планети като Земята се развиват през милиард години, ние може да се сдобием с 1500 минерали, всички формирани от чисти химически и физически процеси. Отвъд това, няма друг възможен физически или химичен процес, за който знаем, че една планета, подобна на Земята, да произвежда повече минерали - докато имате живот.
Как минералите са повлияли на ранния живот?
Минералните повърхности защитават, организират и шаблонират. Те вземат тези молекули и ги подбират и концентрират ... те помагат на тези молекули да реагират да образуват по-дълги и по-дълги структури като клетъчни мембрани и полимери. Знаем, че молекулите просто не могат да се организират по този начин в океана или атмосферата - те са твърде разтворени, те са твърде случайни. Повърхности, подобно на минерали, осигуряваха както енергията, така и механизма на концентрация, необходими за обединяването на молекулите в ключовите стъпки за произхода на живота.
Най-големият въпрос е: Как човек преминава от молекули, организирани на минерална повърхност, до набор от молекули, който прави копия от себе си? Ние със сигурност знаем, че това е основната характеристика на живота, самовъзпроизвеждането и знаем, че някаква ранна система от молекули трябва да е разбрала този трик. Може би минералите са ръководили този процес или може би са били просто удобно място за срещи и организиране на молекулите, и само по някакъв чист случай случай просто правилният набор от молекули се събра и образува тази самовъзпроизвеждаща се система.
Калцит (Камбрия, Англия) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Трилобит от колекциите на Музея за сравнителна зоология на Харвардския университет. Макар и тясно свързани със съвременните ракови за подкови, трилобитите са изчезнали преди 251 милиона години. (Роб Тинуърт) 
Гьотит (Калифорния) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Flourite (Камбрия, Англия) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Азурит (Аризона) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Родохрозит (Перу) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Малахит (Аризона) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Лабрадорит (Мадагаскар) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Variscite (Юта) от колекциите на Минералогическия и геоложки музей на Харвардския университет. (Роб Тинуърт) 
Робърт Хейзън изучава тънки парчета скала под микроскоп в лабораторията си в институцията Карнеги. (Дъг Хамилтън) 
Зъб от древна мега-акула, намерена близо до залива Чесапийк, Мериленд. (Дъг Хамилтън) 
Строматолитите, утаечните структури, направени от рогозки на живи микроби, пробиват през водната повърхност в залива на Shark, Австралия. Изкопаемите строматолити представляват едни от най-старите известни доказателства за живота на Земята. (Дъг Хамилтън) 
Мартин Ван Кранедонк и Дейвид Фланъри инспектират изкопаемия строматолит на 2, 7 милиарда години. (Дъг Хамилтън) Минералите все още се развиват днес?
Да, разбира се. Навлизаме в период на много бърза еволюция поради човешките дейности - Антропоцена. Хората променят околната среда в близост до повърхността и когато го направите, създавате нови химически ниши, където могат да се образуват минерали. Променяме геохимичния цикъл на почти всеки елемент. Ние копаем нещата, изграждаме неща, изместваме нещата и изграждаме химически заводи. Едно от последствията от това е, че възникват нови минерали.
Има минерали, които се срещат само в минните сметища или в дренажите на кисели рудници. Има нови минерали, които се срещат само върху дървесината на носещите мини. На депата има продукти за изветряне на стари компютърни екрани и айфони, които образуват нови минерали от редкоземни елементи, които едва сега се откриват.
Защо хората трябва да се грижат за минералите?
Минералите са невероятно прекрасни. Филмът показва, че има тази естетическа красота към минералите - чиста магия. Те са важни за всеки аспект на обществото: Нямаше да имаме технология и нищо от удобствата на съвременния живот, ако не беше минералната сфера. Лесно е да забравим това, тъй като ние сме изолирани от добива, обработката и химическата обработка на тези продукти. Но съвременният ни свят е улеснен от минералите. Мисля, че виждането на минерали в този по-богат контекст на едновременно развиваща се геосфера и биосфера само на слоеве, които имат много по-голямо значение и интерес по темата.
За документалния филм по NOVA вие снимахте по целия свят. Кое беше любимото ти място за посещение?
Със сигурност обичам Мароко и сега съм бил там половин дузина. Но да отида в Западна Австралия - беше привилегия да бъда в тази невероятно отдалечена, невероятно красива, макар и оскъдна, пуста и опасна земя на Пилбара. 3, 5-милиардните години скали образуват малък остров от древна Земя, който по същество е недеформиран. Скалите никога не са изпитвали вида на изменение и ерозия, който е известен на практика с всички по-млади скали.
Това е просто удивително място. Това е като поклонение за геолог. Да види това и да може да го сподели с някои от световните експерти е нещо, което всеки геолог би дал много опит. Видях първоначално и свежо през собствените си очи, но след това се научих от тях и можех да го видя през очите на други, които са по-опитни. Това беше наистина преобразяващо преживяване.
Документалният филм на Life's Rocky Start ще излезе в сряда, 13 януари от 21:00 ET по PBS.
Научете за това изследване и повече в Обсерваторията на дълбоките въглеродни емисии.
