Earth

Mineralien offenbaren ein neues Verständnis des ursprünglichen Lebens auf der Erde

Die Natur hat in den letzten 4,5 Milliarden Jahren 21 verschiedene Wege beschritten, um Pyrit (auch bekannt als Katzengold) zu schaffen – den mineralischen Weltmeister unterschiedlichster Herkunft. Pyrit bildet sich bei hohen und niedrigen Temperaturen, mit und ohne Wasser, mit Hilfe von Mikroben und in rauen Umgebungen, in denen Leben keinerlei Rolle spielt.

ARKENSTONE/Rob Lavinsky

Quarz, Diamant, Calcit und Pyrit sind nach traditionellen Klassifizierungssystemen einige der berühmtesten Mineral-„Spezies“. Zwei im American Mineralogist veröffentlichte Artikel haben jedoch ein neues System zur Kategorisierung von Mineralien entwickelt – eines, das die Mineralstruktur und -struktur berücksichtigt die Umstände der Mineralbildung.

Dieser neue Ansatz demonstriert die Vielfalt der Substanzen auf unserem Planeten und fördert das Verständnis der Wissenschaftler über das Leben auf unserem eigenen Planeten sowie über das Potenzial für Leben auf anderen.

Mineralogie nah und fern

Die Sortierung von Mineralien nach ihrer Struktur und ihrer Herkunft ist eine wesentliche Veränderung auf diesem Gebiet. „Niemand hat sich zuvor dieser gewaltigen Aufgabe gestellt“, sagt Co-Autor Robert Hazen in einer Pressemitteilung, ein angestellter Wissenschaftler am Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science, das zweifellos zu neuen Erkenntnissen über das Leben auf der Erde führen wird.

Bei der Klassifizierung von Mineralien nach ihrer Entstehung fand das Team beispielsweise heraus, dass die Mineralienvielfalt der Erde hauptsächlich in den ersten Jahren ihres Bestehens entstanden ist. Bereits vor 4,5 Milliarden Jahren trugen Aktivitäten wie die Bildung und die ersten Bewegungen der kontinentalen Kruste zu einer überdurchschnittlichen Vielfalt der Mineralbildung bei.

Das Team fand auch heraus, dass das Vorhandensein von Wasser massiv zur Mineralienvielfalt beitrug. Seit seinem Erscheinen auf dem Planeten vor etwa 4,45 Milliarden Jahren war Wasser an der Bildung von mehr als 80 Prozent aller Mineralarten beteiligt.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass viele der Mineralien, die an der Entstehung des Lebens beteiligt sind, in ihren frühesten Jahren auf der Erde erschienen. Sie stützen auch die Theorie, dass der Reichtum des Planeten an Mineralien und Wasser vor etwa 3,7 Milliarden Jahren die ersten Lebensformen hervorgebracht hat. Vielleicht noch bahnbrechender ist, dass diese Ergebnisse uns helfen, das Potenzial des Lebens in homogeneren Minerallandschaften wie dem Mond, dem Mars und darüber hinaus zu verstehen. Die Untersuchung von Mineralien auf diese neue Art und Weise, argumentieren die Autoren der Studie, wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die Weltraumminerologie durch eine völlig neue Linse zu sehen.

„Mineralien können der Schlüssel zur Rekonstruktion des gesamten „vergangenen Lebens“ und zur Vorhersage des „zukünftigen Lebens“ der Erde sein“, schließt Anhuai Lu, der Präsident der International Mineralogical Association, in einem Kommentar über die Forschung. „[Minerals also] bieten uns einen neuartigen Weg, um in der Zukunft den Weltraum zu erforschen und nach außerirdischem Leben und bewohnbaren Planeten zu suchen.“

Sieben und sortieren

In der traditionellen Mineralogie definieren Experten Mineralien als feste Substanzen mit einer ausgeprägten chemischen Zusammensetzung und einer kristallinen Atomanordnung. Dementsprechend haben Wissenschaftler seit dem 19. Jahrhundert fast bis zu 6.000 verschiedene mineralische „Spezies“ beschrieben. Die International Mineralogical Association (IMA) identifiziert sie aufgrund ihrer spezifischen Zusammensetzung und Struktur als einzigartig.

Um das traditionelle Klassifizierungssystem zu ändern, hat ein Team von Spezialisten unter Leitung der Carnegie Institution for Science vorgeschlagen, dass Mineralogen bei der Katalogisierung von Materialien die Prozesse und Zeiträume berücksichtigen, in denen sich Mineralarten gebildet haben. Die Wissenschaftler stellten eine Datenbank mit allen bekannten Mineralien und den Einzelheiten ihrer Herkunft zusammen. Anschließend beschrieben sie mehr als 10.500 verschiedene „Mineralarten“, was ungefähr 75 Prozent mehr ausgeprägte Variationen sind als diejenigen, die durch das traditionelle IMA-„Arten“-System identifiziert wurden.

Mehr als eine Möglichkeit, ein Mineral herzustellen

Laut diesen Wissenschaftlern nehmen die etwa 6.000 traditionellen Mineralarten ihre Form durch fast 60 diskrete Prozesse an, die auch als „paragenetische Modi“ bekannt sind. Rund 40 Prozent dieser Arten entstehen durch mehr als einen Modus. Das heißt, dieselben chemischen Zusammensetzungen und Kristallstrukturen können sich durch mehrere separate psychische, chemische und biologische Mechanismen materialisieren. Diese Mechanismen umfassen zeitaufwändige Transformationen unter intensiven Temperatur- und Druckbedingungen, sofortige Transformationen bei Meteoriteneinschlägen und fast alles dazwischen.

Auch unter Berücksichtigung dieser fast 60 paragenetischen Modi argumentieren die Autoren der Studie, dass neue Klassifizierungssysteme die Zeiträume berücksichtigen sollten, in denen sich verschiedene Mineralien entwickelt haben. Dies würde zum Beispiel zwischen denen unterscheiden, die in der frühen Erdgeschichte entstanden sind, und solchen, die in jüngerer Zeit entstanden sind.

„Diese Arbeit verändert unsere Sicht auf die Vielfalt der Mineralien auf dem Planeten grundlegend“, sagt Hazen in einer Pressemitteilung. „Jede Mineralprobe hat eine Geschichte. Jeder erzählt eine Geschichte. Jede ist eine Zeitkapsel, die die Vergangenheit der Erde enthüllt, wie es sonst nichts kann.“

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