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矿物揭示了对地球原始生命的全新理解

一种新的矿物学方法证明了矿物的多样性,并可能增进科学家对地球和其他行星上生命的理解。

作者:Sam Walters
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在过去的 45 亿年里,自然界以 21 种不同的方式创造了黄铁矿(又称愚人金)——这是矿物界中多样化起源的冠军。黄铁矿在高温和低温下形成,有水和无水,有微生物的帮助下形成,以及在生命不起任何作用的恶劣环境中形成。来源:ARKENSTONE/Rob Lavinsky

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根据传统的分类系统,石英、钻石、方解石和黄铁矿是几种最著名的矿物“物种”。然而,发表在《美国矿物学家》上的两篇论文提出了一种新的矿物分类系统——该系统考虑了矿物的结构和矿物形成的条件。

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这种新方法展示了我们星球上物质的多样性,并增进了科学家对我们自己星球上生命的理解,以及对其他星球上生命潜力的理解。

遥远和近在眼前的矿物学

根据它们的结构和起源对矿物进行分类是该领域的一个重大转变。“以前没有人承担过这项艰巨的任务,”论文共同作者、卡耐基科学研究所地球与行星实验室(Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory)的资深科学家 Robert Hazen 在一份新闻稿中说,这项研究无疑将创造出关于地球生命的新认识。

例如,在根据形成过程对矿物进行分类时,研究小组发现地球的矿物多样性主要出现在其存在的早期。早在 45 亿年前,大陆地壳的形成和首次运动等活动就为矿物形成带来了超乎寻常的多样性。

研究小组还发现,水的存在极大地促进了矿物的多样性。自大约 44.5 亿年前出现在地球上以来,水参与了超过 80% 的矿物物种的形成。

这些发现表明,许多参与生命形成的矿物都出现在地球的早期。它们也支持这样的理论,即地球丰富的矿物和水在其大约 37 亿年前孕育了其最早的生命形式。也许更具突破性的是,这些发现有助于我们理解在更同质化的矿物景观(如月球、火星及更远的地方)中生命的可能性。研究作者认为,以这种新的方式研究矿物,将使科学家能够以全新的视角看待太空矿物学。

“矿物可以成为重建地球整个‘过去生命’和预测‘未来生命’的关键,”国际矿物学会(International Mineralogical Association)主席 Anhuai Lu 在一篇关于该研究的评论中总结道。“[矿物也]为我们探索深空、寻找地外生命和宜居行星提供了新的途径。”

筛选和分类

传统的矿物学中,专家将矿物定义为具有独特化学成分和晶体原子排列的固体物质。因此,自 1800 年代以来,科学家们已经描述了近 6000 种不同的矿物“物种”。国际矿物学会(IMA)根据它们特定的成分和结构将每一种识别为独一无二的。

为了改变传统的分类体系,一个由卡耐基科学研究所牵头组成的专家团队提议,矿物学家在编目材料时,应考虑矿物物种形成的工艺和时间段。科学家们收集了所有已知矿物及其起源细节的数据库。然后,他们描述了超过 10,500 种不同的“矿物类别”,这比通过传统的 IMA“物种”系统识别出的独立变体多了约 75%。

制作矿物的方式不止一种

根据这些科学家的说法,大约 6000 种传统矿物物种通过近 60 种离散的工艺(也称为“成矿模式”)形成。其中约 40% 的物种是通过多种模式形成的。这意味着,相同的化学成分和晶体结构可以通过几种不同的物理、化学和生物机制形成。这些机制包括在高温高压条件下的耗时转变、陨石撞击中的瞬时转变以及介于两者之间的几乎任何情况。

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研究作者还考虑了这近 60 种成矿模式,认为新的分类系统应包含不同矿物形成的时期。例如,这将区分那些形成于地球早期历史中的矿物和那些形成于更近代的矿物。

“这项工作从根本上改变了我们对地球矿物多样性的看法,”Hazen 在一份新闻稿中说。“每块矿物标本都有其历史。它们都在讲述一个故事。它们都是一个时间胶囊,能够像其他任何东西一样揭示地球的过去。”

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  • Sam Walters

    Sam Walters 是《发现》杂志的副编辑,负责撰写和编辑关于考古学、古生物学、生态学和进化论等主题的文章,并管理几个印刷杂志版块。

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