Na vánočním večírku před deseti lety se v mysli Roberta Hazena vařil nápad. V té době byl Hazen samozvaným minerálním fyzikem „tvrdého jádra“ a stejně jako většina vědců (a hráčů 20 otázek) považoval minerál za úplně oddělené zvíře od zvířat a zeleniny. Ale to se brzy změnilo.
Související obsah
- Cestujte v hlubokém čase s touto interaktivní zemí
- Raný život se může ve vraku meteoritu prospívat
Během strany se teoretický biolog Harold Morowitz zeptal Hazena, zda během Hadeanu existovaly jílovité minerály - geologické období před 4, 6 až 4 miliardami let, kdy se formovala raná Země. I když byla základní otázka, Hazen byl ohromen. Morowitz se v zásadě ptal, zda mineralogie, která existovala v době, kdy byla Země nová, a možná i v době, kdy vznikl život, byla jiná než to, co dnes vidíme.
"Žádný mineralog v historii nikdy neptal takovou otázku, " říká Hazen. Zatímco proces formování minerálů by měl být stejný, ať už k němu došlo před miliardami let nebo minulé úterý, Hazen si uvědomil, že neexistuje důvod předpokládat, že se nerosty nemohou vyvíjet, stejně jako se mění život v průběhu času. On a jeho kolegové od té doby ukázali, že život nevyrostl v izolaci - minerály mu pravděpodobně pomohly. A jak se život vyvíjel, vytvořilo se nesčetné množství chemických výklenků, které umožňovaly tvoření nových minerálů.
"Vidíme tuto propletenou koevoluci geosféry a biosféry, " říká Hazen. "Život zplodil rock, skály zplodil život." Jeho tým a další odborníci v oboru prezentují tuto myšlenku v nové funkci NOVA Life's Rocky Start . Posadil jsem se s Hazenem, abych si trochu povídal o filmu a úžasném světě minerálů (na délku byly upraveny následující):
Řekněte mi něco o filmu Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start je příběh 4, 5 miliardové historie Země, vyprávěný očima mineraloga, který sám prošel určitou transformací. Začal jsem jako mineralog, myslel jsem si, že většina mineralogů dělá, že minerály jsou krásné fyzické předměty - jsou rozmanité, jsou rozmanité. Ale nemůžete vyprávět příběh minerálů, aniž byste vyprávěli příběh života. Dnes víme o 5 000 nebo více minerálních druzích - každý z nich má výrazné chemické složení a krystalovou strukturu. A z těchto 5 000 jsou více než dvě třetiny výsledkem změn, které život provedl na Zemi.
Takže jaký byl první minerál ve vesmíru?
Když jsme začali přemýšlet o minerálech v hlubokém čase, překvapivě se na tuto otázku nikdo neptal. Není to úžasné? V každém oboru jsou původy velké - první život, první planety, první hvězdy. Ale mineralogové se nikdy neptali, jaký byl první miner?
Hned po velkém třesku jsou věci příliš horké a dokonce i poté, co se věci trochu zúžily, tvořil většinu vesmíru pouze vodík a plynný helium. Netvoří minerály, protože jsou to plyny a minerály musí být krystaly. Další věc, kterou plynný vodík a helium udělali, bylo kondenzování na velké hvězdy. Hvězdy jsou motory, které se nazývají nukleosyntéza nebo které vytvářejí všechny chemické prvky periodické tabulky. Minerály jsou tvořeny z těchto dalších prvků.
Kdy po té první hvězdě byste mohli mít první krystal? Odpověď je, jak se ukázalo, v plynných obálkách velmi energetických hvězd nebo explodujících supernov. Jak se tyto plynné obálky rozšiřují a chladí, máte koncentrace prvků, které jsou dostatečně vysoké a teploty jen tak nízké, že se mohou tvořit první krystaly. Tento první krystal byl podle našeho názoru mikroskopický druh diamantu, protože hvězdy jsou bohaté na uhlík a protože diamant se tvoří při nejvyšší teplotě jakéhokoli známého krystalu.
A co první minerály na Zemi?
Když se plyny kolem prvních hvězd ochladily, může existovat tucet různých krystalů, které se tvořily z nejběžnějších prvků: křemík, kyslík, hořčík, dusík. Byly to úplně první druhy minerálních krystalů, které posypaly vesmír a vytvořily prach těch velkých mraků, které nakonec vytvořily nové sluneční soustavy. Země se vytvořila z jednoho z těchto mraků.
První planety mohly mít 400 nebo 500 minerálů. Poté, co se planety, jako je Země, vyvinuly za miliardu let, možná jsme získali až 1 500 minerálů, které se všechny formovaly z čistých chemických a fyzikálních procesů. Kromě toho neexistuje žádný další myslitelný fyzikální nebo chemický proces, o kterém víme, že pro planetu podobnou Zemi bude možné vyrábět více minerálů - dokud nebudete mít život.
Jak minerály ovlivnily raný život?
Minerální povrchy chrání, organizují a šablony. Berou tyto molekuly a vybírají a koncentrují je ... pomáhají těmto molekulám reagovat a vytvářet delší a delší struktury, jako jsou buněčné membrány a polymery. Víme, že molekuly prostě nemohou takovým způsobem uspořádat v oceánu nebo atmosféře - jsou příliš zředěné, jsou příliš náhodné. Byly to povrchy, jako minerály, které poskytovaly jak energii, tak koncentrační mechanismus, který je potřebný ke sjednocení molekul v klíčových krocích života.
Největší otázkou je: Jak lze přejít od molekul uspořádaných na minerálním povrchu k množině molekul, které vytvářejí kopie sebe sama? Určitě víme, že to je základní charakteristika života, sebep replikace, a víme, že nějaký časný systém molekul musel přijít na ten trik. Možná, že minerály vedly tento proces, nebo snad byly pouze vhodným místem pro setkávání a organizaci molekul, a právě nějakou náhodnou událostí se spojila správná skupina molekul a vytvořila tento samoreprodukční systém.
Calcite (Cumbria, Anglie), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Trilobite ze sbírek Muzea srovnávací zoolologie na Harvardské univerzitě. Ačkoli úzce souvisí s moderními krabi podkovy, trilobiti zanikli před 251 miliony let. (Rob Tinworth) 
Goethite (Kalifornie), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Anglie), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Azurit (Arizona), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Malachit (Arizona), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Labradorit (Madagaskar), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), ze sbírek Mineralogického a geologického muzea na Harvardské univerzitě. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen studuje tenké plátky skály pod mikroskopem ve své laboratoři v Carnegie Institution. (Doug Hamilton) 
V blízkosti zálivu Chesapeake v Marylandu se našel zub od starodávného megakraba. (Doug Hamilton) 
Stromatolity, sedimentární struktury vytvořené z rohoží živých mikrobů, strkají přes vodní hladinu v Shark Bay v Austrálii. Fosilní stromatolity představují některé z nejstarších známých důkazů života na Zemi. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk a David Flannery prohlédnou 2, 7 miliard let starý fosilní stromatolit. (Doug Hamilton) Vyvíjejí se minerály i dnes?
Ano, samozřejmě jsou. Vstupujeme do období velmi rychlého vývoje v důsledku lidských činností - antropocenu. Lidé mění okolní prostředí a když tak učiníte, vytvoříte nové chemické výklenky, ve kterých se mohou tvořit minerály. Měníme geochemický cyklus prakticky každého prvku. Těžíme věci, stavíme věci, přesouváme věci a stavíme chemické závody. Jedním z důsledků toho je, že vznikají nové minerály.
Existují minerály, které se vyskytují pouze v důlních skládkách nebo kyselých důlních drenážích. Existují nové minerály, které se vyskytují pouze na těžebních podložích. Skládky nyní obsahují povětrnostní produkty starých počítačových obrazovek a telefonů iPhone, které vytvářejí nové minerály prvků vzácných zemin, které se teprve objevují.
Proč by se lidé měli zajímat o minerály?
Minerály jsou úžasně úžasné. Film ukazuje, že minerály mají tuto estetickou krásu - naprostou magii. Jsou důležité pro všechny aspekty společnosti: Neměli bychom žádnou technologii a žádná z vymožeností moderního života by nebyla pro nerostnou oblast. Je snadné na to zapomenout, protože jsme izolováni od těžby a zpracování a chemického ošetření těchto produktů. Náš moderní svět je však podporován minerály. Myslím, že vidět minerály v tomto bohatším kontextu společně se vyvíjející geosféry a biosféry jen vrstvy, které mají mnohem větší význam a zájem o toto téma.
Pro dokument NOVA jste natáčeli po celém světě. Jaké bylo vaše oblíbené místo k návštěvě?
Určitě miluji Maroko a byl jsem tam půl tuctukrát. Ale jít do západní Austrálie - bylo to privilegium být v této neuvěřitelně vzdálené, neuvěřitelně krásné, i když řídké, pusté a nebezpečné zemi Pilbary. 3, 5 miliardy let staré skály tvoří malý ostrov staré Země, který je v podstatě nedeformovaný. Skály nikdy nezažily takovou změnu a erozi, která je známá prakticky pro všechny mladší skály.
Je to jen úžasné místo. Je to jako pouť pro geologa. To vidět a být schopen se o to podělit s některými světovými odborníky je něco, co by každý geolog dal hodně zkušenostem. Viděl jsem výchoz výchoz a svěží na vlastní oči, ale pak jsem se od nich poučil a viděl jsem to očima ostatních, kteří jsou zkušenější. To byl opravdu transformující zážitek.
Dokumentární film Life's Rocky Start bude vysílán ve středu 13. ledna v 21 hodin ET na PBS.
Zjistěte více o tomto výzkumu a další informace na observatoři Deep Carbon Observatory.
