Kümme aastat tagasi toimunud jõulupeol sündis Robert Hazeni meelest idee. Hazen oli omal ajal välja kuulutatud mineraalfüüsik, mille kõva südamik oli füüsiline isik, ja nagu enamik teadlasi (ja 20 küsimusest osalenud mängijad), pidas ta mineraali loomadest ja köögiviljadest täiesti eraldiseisvaks metsaliseks. Kuid see oli varsti muutumas.
Seotud sisu
- Reisige läbi selle interaktiivse maa läbi sügava aja
- Varane elu võis areneda meteoriidi rusudesse
Peo ajal küsis teoreetiline bioloog Harold Morowitz Hazenilt, kas savi mineraalid eksisteerisid Hadeanis - geoloogilisel perioodil 4, 6–4 miljardit aastat tagasi, kui tekkis varajane Maa. Ehkki põhiküsimus, hämmastas Hazenit. Morowitz küsis sisuliselt seda, kas mineraloogia, mis eksisteeris siis, kui Maa oli uus ja võimalik, et ka elu alguse ajal, erineb sellest, mida me täna näeme.
"Ükski ajaloo mineralogist pole kunagi sellist küsimust esitanud, " ütleb Hazen. Kui mineraalide moodustamise protsess peaks olema sama, olgu see siis miljardeid aastaid tagasi või eelmisel teisipäeval, mõistis Hazen, et pole põhjust arvata, et mineraalid ei saa areneda, just nagu elu muutub aja jooksul. Tema ja ta kolleegid on sellest ajast peale näidanud, et elu ei puhkenud eraldatult - mineraalid aitasid seda tõenäoliselt mööda teed. Ja elu arenedes lõi see hulgaliselt keemilisi nišše, mis võimaldasid uutel mineraalidel moodustuda.
"Me näeme seda geosfääri ja biosfääri põimunud koosarengut, " ütleb Hazen. “Elu paneb sündima kivimid, kivid loovad elu.” Tema meeskond ja teised valdkonna eksperdid tutvustavad seda ideed uues NOVA mängufilmis Life's Rocky Start . Istusin Hazeniga maha, et vestelda natuke filmist ja hämmastavast mineraalide maailmast (järgnevat on pikalt redigeeritud):
Räägi mulle natuke filmist Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start on Maa 4, 5 miljardi aasta pikkuse ajaloo lugu, mida jutustatakse mineraloogisti silme läbi, kes on ise läbi teinud omamoodi muutuse. Alustasin mineralogistina ja mõtlesin, nagu enamus mineraloogiste, et mineraalid on ilusad füüsilised objektid - nad on mitmekesised, nad on mitmekesised. Kuid ei saa rääkida mineraalide lugu, kui ei räägita ka elulugu. Tänapäeval on teada 5000 või enam mineraaliliiki - igaühel neist on oma eriline keemiline koostis ja kristallstruktuur. Ja neist 5000-st on enam kui kaks kolmandikku nende muutuste tagajärg, mille elu Maale on teinud.
Mis oli esimene mineraal universumis?
Kui sügava aja jooksul hakkasime mõtlema mineraalidele, ei olnud üllatuslikult keegi seda küsimust esitanud. Kas pole see hämmastav? Mis tahes valdkonnas on päritolu palju - esimene elu, esimesed planeedid, esimesed tähed. Kuid mineraloogid polnud kunagi küsinud, mis oli esimene mineraal?
Kohe pärast suurt pauku on asjad liiga kuumad ja isegi pärast asja pisut kondenseerumist moodustasid suurema osa universumist ainult vesinik ja heeliumgaas. Need ei moodusta mineraale, kuna need on gaasid, ja mineraalid peavad olema kristallid. Järgmine asi, mida vesinik ja heeliumgaas tegid, oli kondenseerumine suurteks tähtedeks. Tärnid on mootorid, mida nimetatakse nukleosünteesiks ehk perioodilise tabeli kõigi keemiliste elementide moodustamiseks. Neist muudest elementidest moodustuvad mineraalid.
Millal pärast seda esimest tähte võiks teil olla esimene kristall? Vastus selgub, väga energiliste tähtede või plahvatavate supernoovade gaasilistes ümbrikes. Kuna need gaasilised ümbrikud laienevad ja jahtuvad, on teil elementide kontsentratsioonid lihtsalt piisavalt kõrged ja temperatuurid piisavalt madalad, et esimesed kristallid tekiksid. See esimene kristall oli meie arvates mikroskoopiline teemandiliik, kuna tähed on süsinikurikkad ja kuna teemant moodustub kõigi teadaolevate kristallide kõrgeimal temperatuuril.
Mis saab esimestest mineraalidest Maa peal?
Kui varasemate tähtede ümber olevad gaasid jahtusid, võib seal olla veel kümmekond erinevat kristalli, mis moodustuvad kõige tavalisematest elementidest: räni, hapnik, magneesium, lämmastik. Need olid kõige esimesed mineraalkristallide liigid, mis tuiskasid kosmose ja moodustasid nende suurte pilvede tolmu, mis moodustasid lõpuks uued päikesesüsteemid. Ühest neist pilvedest moodustus Maa.
Varasematel planeetidel võis olla 400 või 500 mineraali. Kui planeedid nagu Maa arenesid miljardi aasta jooksul, võisime hankida kuni 1500 mineraali, mis kõik moodustuvad puhaste keemiliste ja füüsikaliste protsesside käigus. Peale selle pole teada ühtegi teist mõeldavat füüsikalist või keemilist protsessi, mille abil Maa-sarnane planeet saaks rohkem mineraale - kuni teil on elu.
Kuidas mineraalid varast elu mõjutasid?
Mineraalpinnad kaitsevad, korrastavad ja krohvivad. Nad võtavad need molekulid, valivad ja kontsentreerivad need ... need aitavad neil molekulidel reageerida, moodustades pikemaid ja pikemaid struktuure nagu rakumembraanid ja polümeerid. Me teame, et molekulid lihtsalt ei suuda ookeanis või atmosfääris nii organiseeruda - nad on liiga lahjad ja liiga juhuslikud. Just pinnad, nagu mineraalid, andsid nii energia kui ka kontsentreerumismehhanismi, mis on vajalikud molekulide kokkuviimiseks elu algfaasis.
Suurim küsimus on: kuidas saab mineraalpinnal asuvatest molekulidest molekulide komplekti, mis teeb ise koopiaid? Kindlasti teame, et see on elu põhiline omadus, enese replikatsioon, ja me teame, et mingi varane molekulide süsteem pidi selle trikk välja mõtlema. Võib-olla olid mineraalid seda protsessi juhtinud või olid need lihtsalt molekulide mugav kohtumis- ja organiseerimiskoht ning lihtsalt mingi juhusliku sündmuse korral said just õiged molekulikomplektid kokku ja moodustasid selle isereplitseeruva süsteemi.
Kaltsiit (Cumbria, Inglismaa) Harvardi ülikooli mineraloogika- ja geoloogiamuuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Trilobiit Harvardi ülikooli võrdleva zoololoogia muuseumi kogudest. Ehkki trilobiidid on tihedalt seotud tänapäevaste hobuserakk-krabidega, surid nad 251 miljonit aastat tagasi. (Rob Tinworth) 
Goethite (California) Harvardi ülikooli mineraloogilise ja geoloogilise muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Inglismaa) Harvardi ülikooli mineraloogika- ja geoloogiamuuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona) Harvardi ülikooli mineraalloogika ja geoloogia muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peruu) Harvardi ülikooli mineraloogilise ja geoloogilise muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Malahhiit (Arizona) Harvardi ülikooli mineraloogilise ja geoloogilise muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Labradoriit (Madagaskar) Harvardi ülikooli mineraloogilise ja geoloogilise muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah) Harvardi ülikooli mineraloogilise ja geoloogilise muuseumi kogudest. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen uurib Carnegie Instituudi laboris mikroskoobi all õhukesi kivikalmeid. (Doug Hamilton) 
Marylandis Chesapeake'i lahe äärest leitud iidse megahai hammas. (Doug Hamilton) 
Stromatoliidid, elusate mikroobide mattide valmistatud settestruktuurid, torkavad läbi vee pinna Austraalia Sharki lahes. Fossiilsed stromatoliidid on ühed vanimad teadaolevad tõendid Maa elust. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk ja David Flannery kontrollivad 2, 7 miljardi aasta vanust fossiilset stromatoliiti. (Doug Hamilton) Kas mineraale areneb veel tänapäeval?
Jah, muidugi nad on. Oleme jõudmas inimtegevuse tõttu väga kiire arenguperioodi - antropotseeni. Inimesed muudavad pinnakeskkonda ja kui te seda teete, loote uued keemilised nišid, kus mineraalid võivad moodustuda. Muutame praktiliselt iga elemendi geokeemilist tsüklit. Me kaevandame asju, ehitame asju, nihutame asju ja ehitame keemiatehaseid. Selle tegemise üks tagajärgi on uute mineraalide tekkimine.
On mineraale, mis esinevad ainult kaevanduste prügimägedes või happekaevanduste kanalisatsioonis. On uusi mineraale, mis esinevad ainult kaevanduse tugedel. Prügilates on nüüd vanade arvutiekraanide ja iPhone'i ilmastikuolud, mis moodustavad uusi mineraale haruldastest muldmetallidest, mida alles avastatakse.
Miks peaksid inimesed mineraalidest hoolima?
Mineraalid on hämmastavalt imelised. Film näitab, et mineraalidel on see esteetiline ilu - puhas maagia. Need on olulised ühiskonna kõigis tahkudes: meil poleks tehnoloogiat ja mitte ühtegi tänapäevase elu mugavust, kui see poleks mineraalide valdkond. Seda on lihtne unustada, kuna oleme eraldatud nende toodete kaevandamisest, töötlemisest ja keemilisest töötlemisest. Kuid meie tänapäevast maailma soodustavad mineraalid. Arvan, et mineraalide nägemine koos areneva geosfääri ja biosfääri rikkamas kontekstis on lihtsalt kihid, millel on selle teema jaoks palju suurem tähtsus ja huvi.
NOVA dokumentaalfilmi jaoks filmisite kogu maailmas. Mis oli teie lemmik koht, mida külastada?
Kindlasti armastan Marokot ja olen seal olnud juba kümmekond korda. Kuid Lääne-Austraaliasse minek - see oli privileeg viibida sellel uskumatult kaugel, uskumatult ilusal, kuigi hõredal, lohutu ja ohtlikul Pilbara maal. 3, 5 miljardit aastat vanad kivimid moodustavad väikese iidse Maa saare, mis on sisuliselt deformeerimata. Kivimid ei kogenud kunagi sellist muutust ja erosiooni, mida tunnevad praktiliselt kõik nooremad kivimid.
See on lihtsalt jahmatav koht. See on nagu palverännak geoloogi jaoks. Selle nägemine ja võimalus seda mõne maailma asjatundjaga jagada on midagi, mida iga geoloog annaks palju kogemusi. Ma nägin paljandit kõigepealt ja värsket oma silmaga, kuid siis õppisin neilt ja võisin seda näha teiste kogenumate silmade läbi. See oli tõeliselt muutuv kogemus.
Dokumentaalfilm " Life's Rocky Start" jõuab eetrisse kolmapäeval, 13. jaanuaril kell 21.00 ET-s PBS-is.
Lisateavet selle uurimistöö ja muu kohta leiate Deep Carboni vaatluskeskusest.
