Geociencias

Los minerales desvelan la historia oculta de la Tierra

Indican que nuestro planeta pudo albergar vida mucho antes de lo que se pensaba y que el agua dominó la diversidad mineral

Fotografía de archivo cedida por el Instituto Carnegie de Washington donde aparece la científica estadounidese Shaunna Morrison, de su Laboratorio de Tierra y planetas y coautora de dos estudios aparecidos hoy viernes en la revista American Mineralogist con el mineralogista y astrobiólogo del instituto, Robert Hazen. EFE/ Instituto Carnegie De Washington

Fotografía de archivo cedida por el Instituto Carnegie de Washington donde aparece la científica estadounidese Shaunna Morrison, de su Laboratorio de Tierra y planetas y coautora de dos estudios aparecidos hoy viernes en la revista American Mineralogist con el mineralogista y astrobiólogo del instituto, Robert Hazen. EFE/ Instituto Carnegie De Washington / Epi_rc_es

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Redacción T21

Por primera vez, los científicos han catalogado todas las formas diferentes en que se puede formar cada mineral conocido y han puesto toda esa información en un solo lugar. Esta colección de historias sobre el origen de los minerales insinúa que la Tierra podría haber albergado vida antes de lo que se pensaba, cuantifica la importancia del agua como el ingrediente más transformador en geología y puede cambiar la forma en que los investigadores buscan signos de vida y agua en otros planetas. 

Los seres vivos han jugado un papel clave en la formación de casi la mitad de las especies minerales de la Tierra, mientras que el agua es responsable de más del 80 % de la diversidad mineral, según revelan dos estudios publicados en la revista American Mineralogist.

"La mitad de todas las especies minerales conocidas en la Tierra se han formado a través de procesos biológicos. Y un tercio de esas, sólo han podido formarse gracias a la vida. No conocemos ninguna otra forma en las que se habrían creado", declaró a Efe Robert Hazen, mineralogista y astrobiólogo del Instituto Carnegie de Washington, coautor de los dos estudios, junto con Shaunna Morrison, de Earth and Planets Laboratory.

Hazen y Morrison aprovecharon la pandemia para culminar un trabajo de 15 años que estudió las 6.000 especies minerales conocidas, y aprobadas por la Asociación Internacional de Mineralogía (AIM), con el fin de determinar cada uno de los métodos por los que se formaron.

Durante más de 100 años, los científicos han definido los minerales en términos de "qué", centrándose en su estructura y composición química. Pero eso puede generar una imagen incompleta. Por ejemplo, aunque todos los diamantes son una especie de carbono cristalino, tres diamantes diferentes pueden contar tres historias diferentes, dice Hazen. Uno podría haberse formado hace 5 mil millones de años en una estrella distante, otro puede haber nacido en el impacto de un meteorito y un tercero podría haberse horneado en las profundidades de la corteza terrestre, explica la revista ScienceNews.

Hazen y sus colegas adoptaron un enfoque diferente para la clasificación de minerales: se centra en el "cómo", al pensar en los minerales como cosas que evolucionan a partir de la historia de la vida, la Tierra y el sistema solarAsí definieron 57 formas principales con las que se forma el "reino mineral", con opciones que van desde la condensación en el espacio entre las estrellas, hasta la formación en los excrementos de los murciélagos. 

Aunque la información del catálogo no es nueva, anteriormente estaba dispersa en miles de artículos científicos. La "audacia" de su trabajo, dice Hazen, fue revisar y compilar todo junto para los más de 5.600 tipos de minerales conocidos. Eso hace que el catálogo sea una ventanilla única para aquellos que quieren usar minerales para comprender el pasado, añade la citada revista.

Nueva visión

“Este trabajo cambia fundamentalmente nuestra visión de la diversidad de minerales en el planeta”, explica Hazen en un comunicado. “Por ejemplo, más del 80 por ciento de los minerales de la Tierra estaban compuestos por agua, que es, por lo tanto, de importancia fundamental para la diversidad de minerales en este planeta. Por extensión, explica una de las razones clave por las que la Luna, Mercurio e incluso Marte, tienen muchas menos especies minerales que la Tierra”.

“También nos dice algo muy profundo sobre el papel de la biología”, agregó. “Un tercio de los minerales de la Tierra no podría haberse formado sin la biología (conchas, huesos y dientes, o microbios, por ejemplo) o sin el papel indirecto vital de la biología, lo que es importante: al crear una atmósfera rica en oxígeno, se formaron en nuestro planeta 2.000 minerales que no se habrían formado de otra manera. Cada espécimen mineral tiene una historia. Cada uno es una cápsula del tiempo que revela el pasado de la Tierra como nada más puede hacerlo”.

Según los autores de esta investigación, la naturaleza creó el 40 por ciento de las especies minerales de la Tierra mediante más de un método; por ejemplo, muchos minerales surgieron tanto de forma abiótica, o con el apoyo de organismos vivos y, en varios casos, más de 15 "recetas" diferentes produjeron la misma estructura cristalina y composición química. 

De las 5.659 especies de minerales investigadas por Hazen y sus colegas, nueve surgieron a través de 15 o más vías de origen, cada una de las cuales incorpora varias combinaciones de procesos físicos, químicos y biológicos, desde la formación casi instantánea por rayos o impactos de meteoritos, hasta cambios causados ​​por el agua, interacciones de rocas o transformaciones de alta presión y alta temperatura, procesos todos ellos que tuvieron lugar durante cientos de millones de años.  

La calcita se puede formar de 17 formas diferentes, más que casi cualquier otro mineral. Esta calcita, que se formó en una cueva, obtuvo su forma distintiva a partir de los cambios en los niveles del agua. / ROB LAVINSKY/ARKENSTONE

Otra forma de buscar vida extraterrestre

Un ejemplo significativo: la naturaleza utilizó 21 formas diferentes durante los últimos 4.560 millones de años para crear pirita, compuesta de una parte de hierro y dos partes de sulfuro. Es tan estable que se forma en una gran variedad de circunstancias, incluidos meteoritos, volcanes, depósitos hidrotermales, por presión entre capas de roca, meteorización de rocas cerca de la superficie, en precipitados yacimientos microbianos y a través de varios procesos asociados a la minería.

Los investigadores añaden otra derivada de su trabajo: puede cambiar la forma en que buscamos signos de vida y agua en otros planetas: los científicos pueden identificar qué minerales hay, por ejemplo, en el Planeta Rojo, y luego usar el nuevo catálogo para retroceder hacia atrás en el tiempo y descubrir cómo era su entorno en el pasado. Un grupo de minerales, por ejemplo, podría explicarse solo si hubiera habido agua, o incluso vida, consideran los Hazen y Morrison.

Por último, destacan que, más allá de las creaciones accidentales de minerales, la humanidad ha fabricado innumerables miles de compuestos similares a minerales que no califican como minerales según los estándares de IMA, pero califican como tipos de minerales según la metodología de Hazen y Morrison. 

Esto incluye materiales de construcción, semiconductores, cristales láser, aleaciones especiales, piedras preciosas sintéticas, desechos plásticos y similares, todos "probables de persistir durante millones de años en el registro geológico, proporcionando un claro horizonte sedimentario que marca la llamada Época del Antropoceno.” 

Referencias

Noticias relacionadas

On the paragenetic modes of minerals: A mineral evolution perspective. Robert M. Hazen; Shaunna M. Morrison. American Mineralogist (2022) 107 (7): 1262–1287. DOI:https://doi.org/10.2138/am-2022-8099

Lumping and splitting: Toward a classification of mineral natural kinds. Robert M. Hazen; Shaunna M. Morrison; Sergey V. Krivovichev; Robert T. Downs. American Mineralogist (2022) 107 (7): 1288–1301. DOI:https://doi.org/10.2138/am-2022-8105

Principales conclusiones



Las observaciones y conclusiones innovadoras de ambos artículos se pueden resumir así: 


  • El agua ha jugado un papel dominante en la diversidad mineral de la Tierra: estuvo involucrada en la formación de más del 80 por ciento de las especies minerales.
  • La vida desempeñó un papel directo o indirecto en la formación de casi la mitad de las especies minerales conocidas, mientras que un tercio de los minerales conocidos (más de 1.900 especies) se formaron exclusivamente como consecuencia de actividades biológicas.
  • Los elementos raros juegan un papel desproporcionado en la diversidad mineral de la Tierra. Solo 41 elementos, que juntos constituyen menos de 5 partes por millón de la corteza terrestre, son constituyentes esenciales en unos 2.400 (más del 42 por ciento) de los minerales de la Tierra. Los 41 elementos incluyen arsénico, cadmio, oro, mercurio, plata, titanio, estaño, uranio y tungsteno.
  • Gran parte de la diversidad mineral de la Tierra se estableció en los primeros 250 millones de años del planeta.
  • Se cree que unos 296 minerales conocidos son anteriores a la Tierra misma, de los cuales 97 se conocen solo a partir de meteoritos, con la edad de algunos granos minerales individuales estimada en 7 mil millones de años, que fue miles de millones de años antes del origen de nuestro Sistema Solar.
  • Los minerales más antiguos conocidos son cristales de circón diminutos y duraderos que tienen casi 4.400 millones de años.
  •  Más de 600 minerales se han derivado de actividades humanas, incluidos más de 500 minerales causados ​​por la minería, 234 de ellos formados por incendios de minas de carbón.