Νέα ματιά στα ορυκτά με βάση τον τρόπο σχηματισμού τους

0
61


Η προέλευση μεγάλου αριθμού ορυκτών συνδέεται με την εμφάνιση της ζωής στη Γη

Επιμέλεια: Σταύρος Ξενικουδάκης

Τα ορυκτά είναι γεωλογικές χρονοκάψουλες του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο σχηματίστηκαν. Με την κατάλληλη προσέγγιση, τα μυστικά που κρύβουν μπορούν να φωτιστούν, αποκαλύπτοντας καθοριστικά χαρακτηριστικά της αρχέγονης Γης και των άλλων πλανητών. Οι γεωλόγοι παραδοσιακά ταξινομούν τα ορυκτά με βάση τον μοναδικό συνδυασμό χημικού τύπου και κρυσταλλικής δομής, διακρίνοντάς τα, για παράδειγμα, ανάλογα με το πώς διατάσσονται τα άτομα άνθρακα σχηματίζοντας γλιστερά στρώματα γραφίτη ή πολύ σκληρό και συμπαγές διαμάντι. Αλλά αυτό το σύστημα ταξινόμησης, που έχει ηλικία 200 ετών, παραλείπει μια σημαντική παράμετρο: Τον τρόπο που σχηματίστηκε το κάθε ορυκτό.

Χρυσίζων γυαλιστερός κυβικός κρύσταλλος σιδηροπυρίτη (θειικός σίδηρος), γνωστός και ως ψευδόχρυσος. Μπορεί να σχηματιστεί με 21 διαφορετικούς τρόπους, από κρυστάλλωση μέσα σε ηφαιστειακές ατμίδες, έως σχηματισμό των κρυστάλλων με τη βοήθεια βακτηρίων. Κάθε τρόπος αφήνει το δικό του χημικό αποτύπωμα, που αποτελείται από ιχνοστοιχεία που μολύνουν τον κρύσταλλο και ραδιενεργά ισότοπα των χημικών στοιχείων, που συνθέτουν την ένωση

Με δύο επιστημονικές δημοσιεύσεις, η ορυκτολόγος και πλανητολόγος Σόνα Μόρισον, του Ινστιτούτου Κάρνεγκι στις ΗΠΑ και συνάδελφοί της που συνυπογράφουν τις μελέτες, προσπαθούν να συμπληρώσουν το υπάρχον σύστημα ταξινόμησης, με όλους τους τρόπους που τα ορυκτά μπορούν να σχηματιστούν ή να μετασχηματιστούν.

Μεταμορφώσεις

Μελέτησαν συστηματικά 57 διαφορετικές παραγενετικές καταστάσεις (που μπορούν να μεταμορφώσουν πετρώματα) κατανεμημένες σε 5.659 ορυκτολογικά είδη και διαπίστωσαν την ύπαρξη μοτίβων στην ποικιλία και κατανομή των ορυκτών, ανάλογα με το περιβάλλον σχηματισμού τους. Τα πιο πρώιμα ορυκτά, σε ψυχρά άστρα, νεφελώματα, αστεροειδείς και στην αρχέγονη Γη, συντίθενται από τα πιο διαδεδομένα χημικά στοιχεία, όπως το υδρογόνο, ο άνθρακας, το οξυγόνο, το μαγνήσιο, το αργίλιο, το πυρίτιο, το θείο, το ασβέστιο, το τιτάνιο, το χρώμιο και ο σίδηρος. Σημαντική ορυκτολογική διαφοροποίηση προέκυψε στη συνέχεια με κυρίως δύο διαδικασίες, πρώτα μέσω της σταδιακής συσσώρευσης σπανιότερων χημικών στοιχείων, ως αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων μεταξύ πετρωμάτων (π.χ. σε υδροθερμικές μεταλλικές αποθέσεις, σύνθετους γρανιτικούς πηγματίτες κ.ο.κ.) και στη συνέχεια μέσω βιολογικά μεσολαβούμενης οξείδωσης κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και αποσάθρωσης από τα φυσικά στοιχεία.

Κρύσταλλοι ασβεστίτη (ανθρακικό ασβέστιο), που βρέθηκαν σε σπηλιά στη νότια Κίνα και είναι ενδεικτικοί για τις μεταβολές στο ύψος του νερού κατά την Εποχή των Παγετώνων. Ο ασβεστίτης μπορεί να σχηματιστεί με τουλάχιστον 17 διαφορετικούς τρόπους

Διαπιστώθηκε ότι 3.349 είδη ορυκτών (το 59,2%) προέρχονται από ένα και μόνο παραγενετικό πλαίσιο, ενώ άλλα 1.372 είδη (το 24,2%) σχετίζονται με δύο παραγενετικές καταστάσεις. Υπάρχουν όμως και ορυκτά, όπως ο σιδηροπυρίτης, ο ασβεστίτης, ο μαγνητίτης, ο αιματίτης (τα δύο τελευταία είναι οξείδια του σιδήρου) και άλλα, που έχουν πάνω από 15 διαφορετικούς τρόπους σχηματισμού!Ο βιολογικός παράγοντας

Οι ερευνητές προσδιόρισαν 1.998 ορυκτά, που προέκυψαν ως άμεσο αποτέλεσμα οξείδωσης και διάβρωσης κοντά στην επιφάνεια. Βιολογικές διεργασίες οδηγούν σε τουλάχιστον 2.707 είδη ορυκτών, κυρίως ως αποτέλεσμα οξειδωτικής διάβρωσης, αλλά και μέσω άλλων διεργασιών, ενώ 603 ορυκτά χαρακτηρίζονται ανθρωπογενή, αφού προκύπτουν ως παραπροϊόντα της εξόρυξης μεταλλευμάτων. Παρ’ όλ’ αυτά, σε αντίθεση με προηγούμενες εκτιμήσεις, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μόνο το 34% των ορυκτών σχηματίζονται αποκλειστικά ως αποτέλεσμα βιολογικών διεργασιών. Ο κυριότερος παράγοντας αύξησης της ποικιλομορφίας των ορυκτών στη Γη είναι ο δυναμικός υδρολογικός κύκλος της. Τουλάχιστον 4.583 ορυκτά (το 81% του συνόλου) προκύπτουν μέσα από αλληλεπιδράσεις νερού και πετρωμάτων.

Η χρονική εξέλιξη σχηματισμού των πετρωμάτων δείχνει ότι στη Γη η ποικιλία των ορυκτών εδραιώθηκε μέσα στα πρώτα 250 εκατομμύρια χρόνια από τον σχηματισμό του πλανήτη. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αν η ζωή είναι σπάνιο φαινόμενο στο σύμπαν, τότε αυτή η πρώιμη ορυκτολογική ποικιλομορφία της Γης ανοίγει πολλές οδούς και δίνει περισσότερο χρόνο για την εμφάνισή της στον πλανήτη μας. Αν πάλι η ζωή προκύπτει σχεδόν σε κάθε πλούσιο σε νερό και ορυκτά πλανήτη, τότε τα ευρήματα αυτά υποστηρίζουν την εικασία ότι η ζωή στη Γη αναπτύχθηκε ταχύτατα, ήδη από τα πρώτα στάδια της πλανητικής της εξέλιξης.

Νέα οπτική

Απολίθωμα αμμωνίτη που επικαλύφθηκε με στρώμα ιριδίζοντος οπαλίου. Τέτοια απολιθώματα μπορούν να αναπτυχθούν σταδιακά, όταν ένα μείγμα νερού και διοξειδίου του πυριτίου διαποτίσει κελύφη (εξωσκελετούς), οστά ή δόντια ζωντανών οργανισμών που λόγω γεωλογικών φαινομένων θάφτηκαν κάποια στιγμή σε μεγάλο βάθος μέσα στο έδαφος

Η Μόρισον σκοπεύει να χρησιμοποιήσει τη νέα ταξινομία για να χαρακτηρίσει τα κοιτάσματα σιδηροπυρίτη που βρέθηκαν στον Αρη και να διερευνήσει αν στον σχηματισμό κάποιων απ’ αυτά στο μακρινό γεωλογικό παρελθόν μπορεί να είχε συμμετάσχει και ο βιολογικός παράγοντας (ανάπτυξη αρειανών μορφών ζωής που χάθηκαν στη συνέχεια).

Αν και η έννοια της εξέλιξης (μετασχηματισμού) των ορυκτών δεν είναι καινούρια, το προτεινόμενο νέο πλαίσιο αποτελεί «ερέθισμα για να σκεφτούμε κάπως διαφορετικά για την ορυκτολογία και ίσως προσφέρει ερευνητικούς δρόμους, που θα κάνουν το επιστημονικό πεδίο ακόμη πιο συμπαγές και ενδιαφέρον», λέει ο Τζ. Χάρλοου, γεωλόγος του Αμερικανικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας, που δεν συμμετείχε στην έρευνα. Και η ορυκτολόγος φυσικός Αλίσα Κλαρκ, του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Μπόλντερ, που επίσης δεν συμμετείχε, δηλώνει ότι σκοπεύει να χρησιμοποιήσει την τροποποιημένη ταξινομία στο μάθημα που διδάσκει, θεωρώντας την ενδεικτική για το ότι υπάρχουν πάντα νέοι τρόποι να δει κανείς τα επιστημονικά προβλήματα.

Στήλες μαλαχίτη (βασικός ανθρακικός χαλκός). Ορυκτά σαν αυτό ήταν δυνατό να σχηματιστούν μόνο μετά την εμφάνιση των φωτοσυνθετικών φυκών και άλλων μικροοργανισμών, που παρήγαγαν οξυγόνο ως παραπροϊόν, οξειδώνοντας την ατμόσφαιρα

Πηγές:

«Scientific American», https://pubs.geoscienceworld.org

Comments are closed.