A una festa di Natale dieci anni fa, nella mente di Robert Hazen nacque un'idea. All'epoca Hazen era un fisico minerale autoproclamato "hard core" e, come la maggior parte degli scienziati (e giocatori di 20 domande), considerava il minerale una bestia totalmente separata da quella animale e vegetale. Ma presto sarebbe cambiato.
Contenuto relativo
- Viaggia nel tempo profondo con questa terra interattiva
- L'inizio della vita potrebbe aver prosperato nel relitto di un meteorite
Durante la festa, il biologo teorico Harold Morowitz chiese a Hazen se esistessero minerali di argilla durante gli Hadean, il periodo geologico tra 4, 6 e 4 miliardi di anni fa, quando si stava formando la Terra. Sebbene una domanda di base, Hazen fu colto di sorpresa. Morowitz si chiedeva essenzialmente se la mineralogia che esisteva quando la Terra era nuova, e forse quando la vita ebbe origine, era diversa da quella che vediamo oggi.
"Nessun mineralogista nella storia ha mai posto una domanda del genere", afferma Hazen. Mentre un processo di formazione di minerali dovrebbe essere lo stesso sia che si sia verificato miliardi di anni fa o martedì scorso, Hazen ha capito che non c'era motivo di presumere che i minerali non potessero evolversi, proprio come la vita cambia nel tempo. Da allora lui e i suoi colleghi hanno dimostrato che la vita non è nata in isolamento: probabilmente i minerali l'hanno aiutata lungo il cammino. E con l'evoluzione della vita, ha creato una miriade di nicchie chimiche che hanno permesso la formazione di nuovi minerali.
"Vediamo questa co-evoluzione intrecciata della geosfera e della biosfera", afferma Hazen. "La vita genera rock, le rocce generano vita". Il suo team e altri esperti del settore presentano questa idea in un nuovo film della NOVA Life's Rocky Start . Mi sono seduto con Hazen per parlare un po 'del film e del fantastico mondo dei minerali (il seguente è stato modificato a lungo):
Raccontami un po 'del film Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start è la storia della storia di 4, 5 miliardi di anni della Terra, raccontata attraverso gli occhi di un mineralogista che ha subito una sorta di trasformazione. Ho iniziato come mineralogista, pensando come molti mineralogisti affermano che i minerali sono bellissimi oggetti fisici: sono vari, diversi. Ma non puoi raccontare la storia dei minerali senza anche raccontare la storia della vita. Oggi conosciamo 5.000 o più specie minerali, ognuna con una composizione chimica e una struttura cristallina distinte. E di quei 5.000, oltre i due terzi sono il risultato dei cambiamenti che la vita ha apportato alla Terra.
Quindi qual è stato il primo minerale nell'universo?
Quando abbiamo iniziato a pensare ai minerali nel tempo profondo, sorprendentemente, nessuno aveva posto questa domanda. Non è fantastico? In ogni campo, le origini sono molto importanti: prima vita, primi pianeti, prime stelle. Ma i mineralogisti non si erano mai chiesti, qual era il primo minerale?
Subito dopo il big bang, le cose sono troppo calde, e anche dopo che le cose si sono condensate un po ', sono stati solo l'idrogeno e il gas elio a costituire la maggior parte dell'universo. Non formano minerali perché sono gas e i minerali devono essere cristalli. La prossima cosa che fecero l'idrogeno e il gas elio fu la condensazione in grandi stelle. Le stelle sono i motori di quella che viene chiamata nucleosintesi, o che crea tutti gli elementi chimici della tavola periodica. I minerali sono formati da quegli altri elementi.
Quando dopo quella prima stella potresti avere il primo cristallo? La risposta, si scopre, è nelle buste gassose di stelle molto energiche o supernove esplosive. Mentre quelle buste gassose si espandono e si raffreddano, si hanno concentrazioni di elementi che sono appena abbastanza alte e temperature abbastanza basse da consentire la formazione dei primi cristalli. Quel primo cristallo, pensiamo, era una specie microscopica di diamante, perché le stelle sono ricche di carbonio e perché il diamante si forma alla massima temperatura di qualsiasi cristallo conosciuto.
E i primi minerali sulla Terra?
Man mano che i gas attorno alle prime stelle si raffreddano, ci possono essere una dozzina di cristalli diversi che si formano degli elementi più comuni: silicio, ossigeno, magnesio, azoto. Queste furono le primissime specie di cristalli minerali che disseminarono il cosmo e formarono la polvere di quelle grandi nuvole che alla fine formarono nuovi sistemi solari. La terra si è formata da una di quelle nuvole.
I primi pianeti potrebbero avere avuto 400 o 500 minerali. Quindi, poiché pianeti come la Terra si sono evoluti nel corso di un miliardo di anni, potremmo aver ottenuto fino a 1.500 minerali, tutti formati da processi chimici e fisici puri. Oltre a ciò, non esiste nessun altro processo fisico o chimico concepibile che conosciamo per un pianeta simile alla Terra per produrre più minerali, fino a quando non avrai vita.
In che modo i minerali hanno influenzato la prima infanzia?
Le superfici minerali proteggono, organizzano e modellano. Prendono quelle molecole, le selezionano e le concentrano ... aiutano quelle molecole a reagire per formare strutture sempre più lunghe come membrane cellulari e polimeri. Sappiamo che le molecole semplicemente non possono organizzarsi in questo modo nell'oceano o nell'atmosfera: sono troppo diluite, sono troppo casuali. Sono state le superfici, come i minerali, a fornire sia l'energia che il meccanismo di concentrazione necessari per riunire le molecole nei passaggi chiave per l'origine della vita.
La domanda più grande è: come si passa dalle molecole organizzate su una superficie minerale a un insieme di molecole che ne fanno copie? Sappiamo certamente che è la caratteristica fondamentale della vita, l'autoriproduzione, e sappiamo che alcuni dei primi sistemi di molecole devono aver capito quel trucco. Forse i minerali hanno guidato quel processo o forse sono stati semplicemente un luogo conveniente per le molecole per incontrarsi e organizzarsi, e proprio per puro caso, il giusto insieme di molecole si è unito e ha formato questo sistema autoreplicante.
Calcite (Cumbria, Inghilterra), proveniente dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Un trilobite, proveniente dalle collezioni del Museo di Zoolologia comparata dell'Università di Harvard. Sebbene strettamente legati ai moderni granchi a ferro di cavallo, i trilobiti si estinsero 251 milioni di anni fa. (Rob Tinworth) 
Goethite (California), dalle collezioni del Museo Mineralogico e Geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Inghilterra), proveniente dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), proveniente dalle collezioni del Museo Mineralogico e Geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Rodocrosite (Perù), proveniente dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Malachite (Arizona), proveniente dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Labradorite (Madagascar), dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), dalle collezioni del Museo mineralogico e geologico dell'Università di Harvard. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen studia sottili fette di roccia al microscopio nel suo laboratorio presso la Carnegie Institution. (Doug Hamilton) 
Un dente di un antico mega-squalo trovato vicino alla baia di Chesapeake, nel Maryland. (Doug Hamilton) 
Le stromatoliti, strutture sedimentarie fatte da stuoie di microbi viventi, colpiscono attraverso la superficie dell'acqua a Shark Bay, in Australia. Le stromatoliti fossili rappresentano alcune delle più antiche testimonianze conosciute della vita sulla Terra. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk e David Flannery ispezionano una stromatolite fossile vecchia di 2, 7 miliardi di anni. (Doug Hamilton) I minerali si stanno ancora evolvendo oggi?
Sì, certo che lo sono. Stiamo entrando in un periodo di rapida evoluzione dovuta alle attività umane: l'Antropocene. Gli umani stanno modificando l'ambiente vicino alla superficie e quando lo fai crei nuove nicchie chimiche in cui i minerali possono formarsi. Stiamo cambiando il ciclo geochimico di praticamente ogni elemento. Estraggiamo le cose, costruiamo le cose, spostiamo le cose e costruiamo impianti chimici. Una delle conseguenze di ciò è che sorgono nuovi minerali.
Ci sono minerali che si verificano solo nelle discariche di miniera o nei drenaggi di mine acide. Ci sono nuovi minerali che si verificano solo sui legni dei miei supporti. Le discariche ora hanno prodotti resistenti agli agenti atmosferici di vecchi schermi di computer e iPhone, che stanno formando nuovi minerali di elementi di terre rare che sono appena stati scoperti.
Perché le persone dovrebbero preoccuparsi dei minerali?
I minerali sono incredibilmente meravigliosi. Il film mostra che c'è una bellezza estetica nei minerali: una pura magia. Sono importanti per ogni aspetto della società: non avremmo alcuna tecnologia e nessuna delle comodità della vita moderna se non fosse per il regno minerale. È facile dimenticarlo perché siamo isolati dall'estrazione, dalla lavorazione e dal trattamento chimico di questi prodotti. Ma il nostro mondo moderno è facilitato dai minerali. Penso che vedere i minerali in questo contesto più ricco di una geosfera e biosfera in co-evoluzione evolva solo con molta più importanza e interesse sull'argomento.
Per il documentario NOVA, hai girato in tutto il mondo. Qual è stato il tuo posto preferito da visitare?
Certamente amo il Marocco e ci sono già stato una mezza dozzina di volte. Ma andando nell'Australia occidentale, è stato un privilegio essere in questa terra incredibilmente remota, incredibilmente bella, sebbene sparsa, desolata e pericolosa della Pilbara. Le rocce di 3, 5 miliardi di anni formano una piccola isola della Terra antica che è sostanzialmente indeformata. Le rocce non hanno mai sperimentato il tipo di alterazione ed erosione che è noto praticamente per tutte le rocce più giovani.
È solo un posto sorprendente. È come un pellegrinaggio per un geologo. Vedere questo ed essere in grado di condividerlo con alcuni degli esperti del mondo è qualcosa che ogni geologo darebbe molto da sperimentare. Ho visto l'affioramento prima e fresco attraverso i miei occhi, ma poi ho imparato da loro e ho potuto vederlo attraverso gli occhi di altri che hanno più esperienza. È stata un'esperienza davvero trasformante.
Il documentario Life's Rocky Start andrà in onda mercoledì 13 gennaio alle 21:00 ET su PBS.
Ulteriori informazioni su questa ricerca e altro presso l'Osservatorio Deep Carbon.
