Ewolucja minerałów - Mineral evolution

Większość minerałów na Ziemi powstałych w wyniku fotosyntezy przez cyjanobakterie (na zdjęciu) zaczęła dodawać tlen do atmosfery.

Ewolucja minerałów to najnowsza hipoteza, która dostarcza mineralogii kontekstu historycznego . Postuluje, że mineralogia na planetach i księżycach staje się coraz bardziej złożona w wyniku zmian w środowisku fizycznym, chemicznym i biologicznym. W Układzie Słonecznym liczba gatunków mineralnych wzrosła z kilkunastu do ponad 5400 w wyniku trzech procesów: separacji i koncentracji pierwiastków; większe zakresy temperatury i ciśnienia w połączeniu z działaniem substancji lotnych; oraz nowe szlaki chemiczne zapewniane przez żywe organizmy.

Na Ziemi były trzy epoki ewolucji minerałów. Narodziny Słońca oraz powstanie asteroid i planet zwiększyły liczbę minerałów do około 250. Wielokrotne przerabianie skorupy i płaszcza poprzez takie procesy, jak częściowe topienie i tektonika płyt, zwiększyło ich liczbę do około 1500. Pozostałe minerały, ponad dwa - trzecie całości było wynikiem zmian chemicznych za pośrednictwem żywych organizmów, przy czym największy wzrost nastąpił po Wielkim Zdarzeniu Natleniającym .

Użycie terminu „ewolucja”

W artykule z 2008 roku, który wprowadził termin „ewolucja mineralna”, Robert Hazen i współautorzy uznali, że zastosowanie słowa „ewolucja” do minerałów może być kontrowersyjne, chociaż istniały precedensy już w książce The Evolution z 1928 roku . ze skał magmowych przez Normana Bowen . Używali tego terminu w znaczeniu nieodwracalnej sekwencji zdarzeń prowadzącej do coraz bardziej złożonych i różnorodnych zespołów minerałów. W przeciwieństwie do ewolucji biologicznej , nie obejmuje mutacji , współzawodnictwa ani przekazywania informacji potomstwu . Hazen i in. zbadał kilka innych analogii, w tym ideę wyginięcia . Niektóre procesy tworzenia minerałów już nie zachodzą, takie jak te, które wytwarzają pewne minerały w chondrytach enstatytowych, które są niestabilne na Ziemi w stanie utlenionym. Ponadto niekontrolowany efekt cieplarniany na Wenus mógł doprowadzić do trwałej utraty gatunków mineralnych. Jednak wymieranie minerałów nie jest tak naprawdę nieodwracalne; utracony minerał może pojawić się ponownie, jeśli zostaną przywrócone odpowiednie warunki środowiskowe.

Minerały przedsłoneczne

Ziarna przedsłoneczne („pył gwiezdny”) z meteorytu Murchison dostarczają informacji o pierwszych minerałach.

We wczesnym Wszechświecie nie było minerałów, ponieważ jedynymi dostępnymi pierwiastkami były wodór , hel i śladowe ilości litu . Tworzenie się minerałów stało się możliwe po zsyntetyzowaniu w gwiazdach cięższych pierwiastków, w tym węgla , tlenu, krzemu i azotu . W rozszerzających się atmosferach czerwonych olbrzymów i wyrzutach supernowych mikroskopijne minerały powstały w temperaturach powyżej 1500 °C (2730 °F).

Dowody na istnienie tych minerałów można znaleźć w ziarnach międzygwiazdowych włączonych do prymitywnych meteorytów zwanych chondrytami , które są zasadniczo kosmicznymi skałami osadowymi. Liczba znanych gatunków wynosi w przybliżeniu kilkanaście, chociaż zidentyfikowano kilka innych materiałów, które nie zostały sklasyfikowane jako minerały. Ponieważ ma wysoką temperaturę krystalizacji (około 4400 ° C (7950 ° F)), diament był prawdopodobnie pierwszym minerałem, który się uformował. W dalszej kolejności pojawiły się grafit , tlenki ( rutyl , korund , spinel , hibonit ), węgliki ( moissanit ), azotki ( osbornit i azotek krzemu ) oraz krzemiany ( forsteryt i perowskit krzemianowy (MgSiO ₃ )). Te „ur-minerały” zasiały obłoki molekularne, z których powstał Układ Słoneczny.

Procesy

Po utworzeniu Układu Słonecznego ewolucję minerałów napędzały trzy podstawowe mechanizmy: separacja i koncentracja pierwiastków; większe zakresy temperatury i ciśnienia połączone z chemicznym działaniem substancji lotnych; oraz nowe ścieżki reakcji napędzane przez żywe organizmy.

Separacja i koncentracja

Przekrój widoków niektórych planet ziemskich , pokazujący warstwy

Najwyższy poziom w klasyfikacji minerałów opiera się na składzie chemicznym. Jednak pierwiastki definiujące dla wielu grup mineralnych, takich jak bor w boranach i fosfor w fosforanach , były początkowo obecne tylko w stężeniach części na milion lub mniejszych. To pozostawiało im niewielką lub żadną szansę na połączenie się i utworzenie minerałów, dopóki nie skoncentrowały ich zewnętrzne wpływy. Procesy, które oddzielają i koncentrują elementy, obejmują zróżnicowanie planetarne (na przykład podział na warstwy, takie jak rdzeń i płaszcz); odgazowywanie ; krystalizacja frakcyjna ; i częściowe topienie .

Intensywne zmienne i lotne

Kryształy gipsu powstały w wyniku odparowania wody w Jeziorze Lucero w Nowym Meksyku

Dopuszczalne kombinacje pierwiastków w minerałach są określane przez termodynamikę; aby pierwiastek został dodany do kryształu w danym miejscu, musi zmniejszyć energię. W wyższych temperaturach wiele pierwiastków jest wymiennych w minerałach, takich jak oliwin . W miarę ochładzania się planety, minerały zostały wystawione na większy zakres intensywnych zmiennych, takich jak temperatura i ciśnienie, co pozwoliło na tworzenie nowych faz i bardziej wyspecjalizowanych kombinacji pierwiastków, takich jak minerały ilaste i zeolity . Nowe minerałów powstają, gdy związki lotne, takie jak woda , dwutlenek węgla i O ₂ reaguje z nimi. Środowiska takie jak czapy lodowe , wyschnięte jeziora i ekshumowane skały metamorficzne mają charakterystyczne zestawy minerałów.

Wpływ biologiczny

Życie dokonało dramatycznych zmian w środowisku. Najbardziej dramatyczne było Wielkie Wydarzenie Natleniania, około 2,4 miliarda lat temu, w którym organizmy fotosyntetyczne zalały atmosferę tlenem. Żywe organizmy również katalizują reakcje, tworząc minerały, takie jak aragonit , które nie są w równowadze z otoczeniem.

Chronologia

Przed powstaniem Układu Słonecznego istniało około 12 minerałów. Szacunki dotyczące obecnej liczby minerałów szybko się zmieniają. W 2008 r. było to 4300, ale w listopadzie 2018 r. było 5413 oficjalnie uznanych gatunków mineralnych.

W swojej chronologii dotyczącej Ziemi Hazen i in. (2008) podzielili zmiany w obfitości minerałów na trzy szerokie przedziały: akrecja planetarna do 4,55 Ga (miliard lat temu); przeróbka skorupy ziemskiej i płaszcza między 4,55 Ga a 2,5 Ga; i wpływy biologiczne po 2,5 Ga. Następnie podzielili wieki na 10 przedziałów, z których niektóre nakładają się na siebie. Ponadto niektóre daty są niepewne; na przykład szacunki dotyczące początku współczesnej tektoniki płyt wahają się od 4,5 Ga do 1,0 Ga.

Planetarna akrecja

Przekrój poprzeczny chondrytu zawierającego okrągłe chondr oliwinowe i nieregularne białe CAI

Próbka pallasytu z kryształami oliwinu w osnowie żelazowo-niklowej

W pierwszej erze Słońce zapaliło się, ogrzewając otaczający obłok molekularny . Wyprodukowano 60 nowych minerałów, które zachowano jako inkluzje w chondrytach. Akrecja pyłu na asteroidy i planety, bombardowania, ogrzewanie i reakcje z wodą podniosły liczbę do 250.

Etap 1: Słońce zapala

Przed 4,56 Ga mgławica przedsłoneczna była gęstym obłokiem molekularnym składającym się z gazowego wodoru i helu z rozproszonymi ziarnami pyłu. Kiedy Słońce zapaliło się i weszło w fazę T-Tauri , stopiło pobliskie ziarna pyłu. Niektóre z kropelek stopionego metalu zostały włączone do chondrytów jako małe kuliste obiekty zwane chondrami . Prawie wszystkie chondryty zawierają również wtrącenia bogate w wapń i glin (CAI), najwcześniejsze materiały powstałe w Układzie Słonecznym. Na podstawie badania chondrytów z tej epoki można zidentyfikować 60 nowych minerałów ze strukturami krystalicznymi ze wszystkich systemów krystalicznych . Obejmowały one pierwsze stopy żelaza i niklu , siarczki , fosforki oraz kilka krzemianów i tlenków . Do najważniejszych należały bogaty w magnez oliwin, bogaty w magnez piroksen i plagioklaz . Niektóre rzadkie minerały, produkowane w środowiskach ubogich w tlen, których już nie ma na Ziemi, można znaleźć w chondrytach enstatytowych.

Etap 2: formacja planetozymali

Wkrótce po tym, jak nowe minerały uformowały się na etapie 1, zaczęły się zbijać, tworząc asteroidy i planety. Jednym z najważniejszych nowych minerałów był lód ; we wczesnym Układzie Słonecznym istniała „linia śniegu” oddzielająca skaliste planety i asteroidy od bogatych w lód gazowych olbrzymów , asteroid i komet . Ogrzewanie z radionuklidów topiło lód, a woda reagowała ze skałami bogatymi w oliwin, tworząc krzemiany warstwowe , tlenki, takie jak magnetyt , siarczki, takie jak pirotyn , węglany dolomit i kalcyt oraz siarczany, takie jak gips . Szok i ciepło z bombardowania i ewentualnego stopienia wytworzyły minerały, takie jak ringwoodyt , główny składnik płaszcza Ziemi.

W końcu asteroidy podgrzały się wystarczająco, aby nastąpiło częściowe stopienie, wytwarzając wytopy bogate w piroksen i plagioklazy (zdolne do produkcji bazaltu ) oraz różne fosforany . Siderophile (metal kochający) i lithophile elementy (krzemian kochający) oddzielone, co prowadzi do powstawania rdzenia i skorupy, a niezgodne elementy były izolowane w stopów. Powstałe minerały zostały zachowane w formie kamiennego meteorytu, eukrytu ( kwarc , skaleń potasowy , tytanit i cyrkon ) oraz w meteorytach żelazowo-niklowych (stopy żelazowo-niklowe, takie jak kamacyt i taenit ; siarczki metali przejściowych, takie jak troilit ; węgliki i fosforki ). Szacuje się, że na tym etapie powstało 250 nowych minerałów.

Przeróbka skorupy i płaszcza

Kryształ cyrkonu

Próbka pegmatytu z Wielkiego Kanionu

Schemat strefy subdukcji

Druga era w historii ewolucji minerałów rozpoczęła się od potężnego uderzenia, które uformowało Księżyc. To stopiło większość skorupy i płaszcza. Wczesną mineralogię determinowała krystalizacja skał magmowych i dalsze bombardowania. Faza ta została następnie zastąpiona rozległym recyklingiem skorupy i płaszcza, tak że pod koniec tej ery istniało około 1500 gatunków minerałów. Jednak niewiele skał przetrwało z tego okresu, więc czas wielu wydarzeń pozostaje niepewny.

Etap 3: Procesy magmowe

Etap 3 rozpoczął się od skorupy wykonanej ze skał maficznych (o dużej zawartości żelaza i magnezu) i ultramaficznych , takich jak bazalt. Skały te były wielokrotnie poddawane recyklingowi przez topienie frakcyjne, krystalizację frakcyjną i oddzielanie magm, które nie chcą się mieszać. Przykładem takiego procesu jest seria reakcji Bowena .

Jednym z nielicznych źródeł bezpośrednich informacji o mineralogii na tym etapie są inkluzje mineralne w kryształach cyrkonu, których początki sięgają aż 4,4 Ga. Wśród minerałów zawartych w inkluzjach są kwarc, muskowit , biotyt , skaleń potasowy , albit , chloryt i hornblenda .

W ubogich w lotne ciałach, takich jak Merkury i Księżyc, powyższe procesy prowadzą do powstania około 350 gatunków minerałów. Woda i inne substancje lotne, jeśli są obecne, zwiększ sumę. Ziemia była bogata w substancje lotne, z atmosferą składającą się z N ₂ , CO ₂ i wody oraz oceanem, który stawał się coraz bardziej zasolony. Wulkanizm , odgazowanie i uwodnienie doprowadziły do ​​powstania wodorotlenków , hydratów , węglanów i ewaporatów . Na Ziemi, gdzie ten etap zbiega się z eonem Hadean , szacuje się, że całkowita liczba powszechnie występujących minerałów wynosi 420, z czego ponad 100 było rzadkością. Mars prawdopodobnie osiągnął ten etap ewolucji minerałów.

Etap 4: Granitoidy i tworzenie pegmatytów

Przy wystarczającej ilości ciepła bazalt został przetopiony, tworząc granitoidy , gruboziarniste skały podobne do granitu. Cykle topienia skoncentrowały rzadkie pierwiastki, takie jak lit, beryl , bor, niob , tantal i uran, do momentu, w którym mogły wytworzyć 500 nowych minerałów. Wiele z nich jest skoncentrowanych w wyjątkowo gruboziarnistych skałach zwanych pegmatytami , które zwykle znajdują się w groblach i żyłach w pobliżu większych mas magmowych. Wenus mogła osiągnąć ten poziom ewolucji.

Etap 5: Tektonika płyt

Wraz z nadejściem tektoniki płyt subdukcja przeniosła skorupę i wodę w dół, prowadząc do interakcji płynnych ze skałami i większej koncentracji rzadkich pierwiastków. W szczególności powstały złoża siarczkowe z 150 nowymi minerałami sulfosolnymi . Subdukcja przeniosła również chłodniejsze skały do ​​płaszcza i wystawiła je na wyższe ciśnienia, co zaowocowało nowymi fazami, które później zostały wyniesione i odsłonięte jako minerały metamorficzne, takie jak cyjanit i sylimanit .

Mineralogia zapośredniczona biologicznie

Skamieniałość stromatolitowa w sekcji formacji żelaza z pasmami 2,1 Ga

Curite , minerał tlenku uranu ołowiu

Opisane w poprzednim rozdziale procesy nieorganiczne wyprodukowały około 1500 gatunków mineralnych. Pozostałe ponad dwie trzecie minerałów Ziemi to wynik transformacji Ziemi przez żywe organizmy. Największy wkład miał ogromny wzrost zawartości tlenu w atmosferze, poczynając od Wielkiego Natleniania. Żywe organizmy zaczęły również wytwarzać szkielety i inne formy biomineralizacji . Minerały, takie jak kalcyt, tlenki metali i wiele minerałów ilastych, można uznać za biosygnatury , podobnie jak klejnoty, takie jak turkus , azuryt i malachit .

Etap 6: Biologia w beztlenowym świecie

Przed około 2,45 Ga w atmosferze było bardzo mało tlenu. Życie mogło odgrywać rolę w wytrącaniu masywnych warstw węglanów w pobliżu krawędzi kontynentów oraz w odkładaniu się pasmowych formacji żelaza, ale nie ma jednoznacznych dowodów na wpływ życia na minerały.

Etap 7: Wielkie Wydarzenie Natleniające

Począwszy od około 2,45 Ga i kontynuując do około 2,0 lub 1,9 Ga, nastąpił dramatyczny wzrost zawartości tlenu w niższych warstwach atmosfery, kontynentach i oceanach, zwany Wielkim Wydarzeniem Utleniania lub Wielkim Wydarzeniem Utleniania (GOE). Przed GOE pierwiastki, które mogą znajdować się w wielu stanach utlenienia, były ograniczone do najniższego stanu, co ograniczało różnorodność minerałów, które mogły tworzyć. W starszych osadach powszechnie występują minerały syderyt (FeCO ₃ ), uraninit (UO ₂ ) i piryt (FeS ₂ ). Utleniają się one szybko po wystawieniu na działanie atmosfery z tlenem, jednak nie nastąpiło to nawet po intensywnym wietrzeniu i transporcie.

Gdy stężenie cząsteczek tlenu w atmosferze osiągnęło 1% obecnego poziomu, reakcje chemiczne podczas wietrzenia przebiegały bardzo podobnie jak dzisiaj. Syderyt i piryt zostały zastąpione przez tlenki żelaza magnetyt i hematyt ; rozpuszczone jony Fe ²⁺ , które zostały wyniesione do morza, osadzały się teraz w rozległych formacjach pasmowych. Nie spowodowało to jednak powstania nowych minerałów żelaza, a jedynie zmianę ich liczebności. Z kolei utlenianie uranitu zaowocowało ponad 200 nowymi gatunkami minerałów uranylowych, takich jak soddyit i tydzieńzyt , a także kompleksami mineralnymi, takimi jak gummit .

Inne pierwiastki, które mają wiele stopni utlenienia, to miedź (która występuje w 321 tlenkach i krzemianach), bor, wanad , magnez , selen , tellur , arsen , antymon , bizmut , srebro i rtęć . W sumie powstało około 2500 nowych minerałów.

Etap 8: Pośredni ocean

Następne około miliarda lat (1,85–0,85 Ga) często określa się mianem „ nudnego miliarda ”, ponieważ wydawało się, że niewiele się wydarzyło. Bardziej utleniona warstwa wody oceanicznej przy powierzchni powoli pogłębiała się kosztem beztlenowych głębin, ale nie wydawało się, aby nastąpiła żadna dramatyczna zmiana w klimacie, biologii czy mineralogii. Jednak niektóre z tych wyobrażeń mogą być spowodowane złym zachowaniem skał z tego okresu. W skałach z tego okresu znajduje się wiele najcenniejszych światowych zasobów ołowiu, cynku i srebra, a także bogate źródła minerałów berylu, boru i uranu. W tym okresie ukształtował się również superkontynent Kolumbia , jego rozpad i powstanie Rodinia . W niektórych badaniach ilościowych minerałów berylu, boru i rtęci nie ma nowych minerałów podczas Wielkiego Utleniania, ale impuls innowacji podczas zgromadzenia Kolumbii. Przyczyny tego nie są jasne, chociaż mogło to mieć coś wspólnego z uwolnieniem płynów mineralizujących podczas budowania gór .

Etap 9: Śnieżna kula ziemi

Między 1,0 a 0,542 Ga, Ziemia doświadczyła co najmniej dwóch zdarzeń „ Ziemi śnieżnej kuli ”, w których znaczna część (prawdopodobnie cała) powierzchni była pokryta lodem (co czyni ją dominującym minerałem powierzchniowym). Z lodem związane były węglany czapowe , grube warstwy wapienia lub dolomitu , z wachlarzami aragonitu. Minerały ilaste były również produkowane w obfitości, a wulkany zdołały przebić się przez lód i dodać do zasobów minerałów.

Etap 10: Era fanerozoiczna i biomineralizacja

Skamieniałość trylobitów z późnego kambru

Ostatni etap przypada na erę fanerozoiku , w której rozpowszechniła się biomineralizacja, czyli tworzenie minerałów przez organizmy żywe. Chociaż niektóre biominerały można znaleźć we wcześniejszych zapisach, to podczas eksplozji kambryjskiej rozwinęła się większość znanych form szkieletowych i główne minerały szkieletowe (kalcyt, aragonit, apatyt i opal ). Większość z nich to węglany, ale niektóre to fosforany lub kalcyt. W sumie w organizmach żywych zidentyfikowano ponad 64 fazy mineralne, w tym siarczki metali, tlenki, wodorotlenki i krzemiany; w ludzkim ciele znaleziono ponad dwa tuziny.

Przed fanerozoikiem ziemia była głównie jałową skałą, ale w okresie syluru zaczęły ją zasiedlać rośliny . Doprowadziło to do wzrostu produkcji minerałów ilastych o rząd wielkości. W oceanach plankton transportował węglan wapnia z płytkich wód do głębokiego oceanu, hamując produkcję węglanów czapy i zmniejszając prawdopodobieństwo przyszłych zdarzeń kuli śnieżnej na Ziemi. Mikroby zaangażowały się również w cykle geochemiczne większości pierwiastków, czyniąc je cyklami biogeochemicznymi . Nowości mineralogiczne obejmowały minerały organiczne , które zostały znalezione w bogatych w węgiel pozostałościach życia, takich jak węgiel i czarne łupki .

Antropocen

Mineralny abhuryt powstaje, gdy artefakty z cyny korodują w wodzie morskiej i można je znaleźć w pobliżu niektórych wraków statków.

Ściśle mówiąc, minerały czysto biogeniczne nie są uznawane przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Mineralogiczne (IMA), chyba że w grę wchodzą również procesy geologiczne. Produkty czysto biologiczne, takie jak muszle organizmów morskich, nie są akceptowane. Wyraźnie wykluczone są również związki antropogeniczne . Jednak ludzie mieli tak duży wpływ na powierzchnię planety, że geolodzy rozważają wprowadzenie nowej epoki geologicznej , antropocenu , aby odzwierciedlić te zmiany.

W 2015 r. Zalasiewicz i współautorzy zaproponowali rozszerzenie definicji minerałów o minerały ludzkie, a ich produkcja stanowi jedenasty etap ewolucji minerałów. Następnie Hazen i współautorzy skatalogowali 208 minerałów, które są oficjalnie uznawane przez IMA, ale są głównie lub wyłącznie wynikiem działalności człowieka. Większość z nich powstała w związku z górnictwem . Ponadto niektóre powstały, gdy metalowe artefakty zatonęły i weszły w interakcję z dnem morskim. Niektórzy prawdopodobnie nie zostaliby dziś oficjalnie uznani, ale mogą pozostać w katalogu; należą do nich dwa ( niobokarbid i tantalkarbid ), które mogły być mistyfikacją.

Hazen i współautorzy zidentyfikowali trzy sposoby, w jakie ludzie mieli duży wpływ na dystrybucję i różnorodność minerałów. Pierwsza to produkcja. Długa lista kryształów syntetycznych ma odpowiedniki mineralne, w tym syntetyczne klejnoty, ceramikę, cegłę, cement i baterie. Wiele innych nie ma odpowiednika mineralnego; ponad 180 000 nieorganicznych związków krystalicznych jest wymienionych w bazie danych nieorganicznych struktur krystalicznych . W przypadku wydobycia lub budowy infrastruktury ludzie dokonali redystrybucji skał, osadów i minerałów na skalę dorównującą zlodowaceniu, a cenne minerały zostały rozprowadzone i zestawione w sposób, który nie występowałby naturalnie.

Pochodzenie życia

Ponad dwie trzecie gatunków mineralnych zawdzięcza swoje istnienie życiu, ale życie może również zawdzięczać swoje istnienie minerałom. Mogły być potrzebne jako szablony do łączenia cząsteczek organicznych; jako katalizatory reakcji chemicznych; oraz jako metabolity . Dwie wybitne teorie dotyczące pochodzenia życia dotyczą glinek i siarczków metali przejściowych. Inna teoria twierdzi, że minerały boranowo-wapniowe, takie jak kolemanit i boran , a być może także molibdenian , mogły być potrzebne do utworzenia pierwszego kwasu rybonukleinowego (RNA). Inne teorie wymagają mniej popularnych minerałów, takich jak mackinawit czy greigit . Katalog minerałów, które powstały podczas Hadeon Eon, obejmuje minerały ilaste oraz siarczki żelaza i niklu, w tym mackinawit i greigit; ale borany i molibdeniany były mało prawdopodobne.

Minerały mogły być również niezbędne do przetrwania wczesnego życia. Na przykład kwarc jest bardziej przezroczysty niż inne minerały w piaskowcach . Zanim życie opracowało pigmenty chroniące go przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym , cienka warstwa kwarcu mogła go osłaniać, jednocześnie przepuszczając wystarczającą ilość światła do fotosyntezy. Minerały fosforanowe mogły również być ważne dla wczesnego życia. Fosfor jest jednym z podstawowych pierwiastków w cząsteczkach, takich jak trifosforan adenozyny (ATP), nośnik energii znajdujący się we wszystkich żywych komórkach; RNA i DNA ; i błony komórkowe . Większość fosforu na Ziemi znajduje się w jądrze i płaszczu. Najbardziej prawdopodobnym mechanizmem udostępnienia jej do życia byłoby tworzenie fosforanów, takich jak apatyt, poprzez frakcjonowanie, a następnie wietrzenie w celu uwolnienia fosforu. Może to wymagać tektoniki płyt.

Dalsze badania

Cynober (czerwony) na dolomicie

Od czasu powstania oryginalnego artykułu o ewolucji minerałów przeprowadzono kilka badań minerałów określonych pierwiastków, w tym uranu, toru , rtęci, węgla, berylu i minerałów ilastych. Ujawniają one informacje o różnych procesach; na przykład uran i tor są producentami ciepła, podczas gdy uran i węgiel wskazują na stopień utlenienia. Zapisy ujawniają epizodyczne wyrzuty nowych minerałów, takie jak te podczas Nudnego Miliarda , a także długie okresy, w których nie pojawiały się nowe minerały. Na przykład po skoku różnorodności podczas montażu Kolumbii nie było nowych minerałów rtęci między 1,8 Ga a 600 mln lat temu. Ta niezwykle długa przerwa przypisywana jest bogatemu w siarczki oceanowi, co doprowadziło do szybkiego osadzania się minerału cynobru .

Większość artykułów dotyczących ewolucji minerałów dotyczyła pojawienia się minerałów po raz pierwszy, ale można również przyjrzeć się rozkładowi wieku danego minerału. Datowano miliony kryształów cyrkonu, a rozkłady wieku są prawie niezależne od tego, gdzie kryształy się znajdują (np. skały magmowe, skały osadowe lub metasedymentarne lub współczesne piaski rzeczne). Mają wzloty i upadki, które są związane z cyklem superkontynentu, chociaż nie jest jasne, czy jest to spowodowane zmianami aktywności subdukcji, czy zachowaniem.

Inne badania dotyczyły zmian w czasie właściwości minerałów, takich jak proporcje izotopów, skład chemiczny i względna obfitość minerałów, ale nie w rubryce „ewolucja minerałów”.

Historia

Przez większość swojej historii mineralogia nie miała elementu historycznego. Zajmowano się klasyfikacją minerałów według ich właściwości chemicznych i fizycznych (takich jak wzór chemiczny i struktura krystaliczna) oraz określeniem warunków stabilności minerału lub grupy minerałów. Zdarzały się jednak wyjątki, w których publikacje dotyczyły rozkładu wieku minerałów lub rud. W 1960 Russell Gordon Gastil znalazł cykle w dystrybucji dat mineralnych. Charles Meyer, stwierdzając, że rudy niektórych pierwiastków są rozmieszczone w szerszym przedziale czasowym niż inne, przypisał różnicę wpływowi tektoniki i biomasy na chemię powierzchni, zwłaszcza wolnego tlenu i węgla. W 1979 r. AG Żabin przedstawił w rosyjskojęzycznym czasopiśmie Doklady Akademii Nauk koncepcję etapów ewolucji minerałów, a w 1982 r. NP Juszkin zauważył rosnącą z czasem złożoność minerałów w pobliżu powierzchni Ziemi. Następnie, w 2008 roku, Hazen i współpracownicy przedstawili znacznie szerszą i bardziej szczegółową wizję ewolucji minerałów. Następnie nastąpiła seria ilościowych badań ewolucji różnych grup minerałów. Doprowadziły one w 2015 roku do koncepcji ekologii minerałów , badania rozmieszczenia minerałów w przestrzeni i czasie.

W kwietniu 2017 r. Muzeum Historii Naturalnej w Wiedniu otworzyło nową stałą wystawę poświęconą ewolucji minerałów.

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

• Wydanie specjalne poświęcone ewolucji minerałów ( magazyn Elements )
• Baza danych ewolucji minerałów