壓碎、煮沸和烘烤 他們為地球記下礦物生成食譜

當地球心念一動:本世紀,我想來點「黃鐵礦」。大自然便忙碌起來,點燃火山、召喚隕石、增加岩層壓力,微生物和人類也都來幫忙,壓碎、煮沸或烘烤……以多種方式來打造淡黃銅色、散發著金屬光澤的黃鐵礦。即使礦物質的化學成分與晶體結構一樣,但大自然其實有許多種不同「烹飪方式」來生成。

羅伯特‧哈森博士與肖娜‧莫里森博士經過15年不懈的努力,為每一種已知的礦物建立了個別的成因資料庫,詳細地標示了每一種礦物質形成所經歷的物理、化學或生物反應,為地球建立礦物生成食譜。

文章插圖

新礦物學分類 增加成因資訊

近兩個世紀以來,礦物學系統主要根據化學成分與晶體排列結構來進行分類,記錄下近6,000種不同的礦物質分類。華盛頓特區卡內基科學研究所(the Carnegie Institution for Science)的羅伯特‧哈森(Robert Hazen)博士與肖娜‧莫里森(Shaunna Morrison)博士認為種類應該遠不止於此。

「以前的礦物學系統僅根據晶體結構中的碳酸鈣,來判斷是否為同為方解石。但在我們觀點中,光是方解石(Calcite)就區分為10多種。」哈森說:「因貝殼沉積而形成的方解石、通過化學沉澱在海底而形成的方解石,或在地球深處因高壓、高溫等變質作用所形成的方解石……皆不相同。成因不同,讓我們看到了許多不同種類的方解石,這便是我們新礦物學方法的關鍵。」

根據他們的研究,大自然使用了21種不同的方式來製造黃鐵礦(Pyrite)。黃鐵礦主要由一份鐵和兩份硫化物(FeS2)組成,在高溫和低溫、有水和無水的條件,不論有微生物的幫助,或是在無任何生命作用的惡劣環境中皆能形成。舉凡隕石、火山、熱液礦床、岩石層之間的壓力、近地表岩石風化、微生物沉澱礦床,以及人為採礦過程發生火災等多種方式,皆能產生黃鐵礦。

文章插圖

哈森與莫里森以每種礦物的生成的方式來區分礦物,經過15年不懈的努力,他們已發現大自然通過壓碎、搗碎、煮沸、烘烤等物理、化學或生物過程⋯⋯約57種方式,創造了10,500多種礦物質類型,並為每一種已知的礦物建立了個別的成因資料庫,詳細地標示了每一種礦物質形成所經歷的物理、化學或生物反應。

生命以各種方式影響礦物質

南極洲的大象島(Elephant Island),有一種獨特的暗褐色礦物——水磷鐵氨石(spheniscidite),是當地企鵝的排泄物與土壤中的礦物相互作用所產生,命名更取自於企鵝的學名 「Sphenisciformes」。如此獨一無二的結晶化合物,反映了只存於那個地區的特殊形成條件。

文章插圖

「如果沒有生物影響,地球上近三分之一的礦物質是無法形成的,」哈森解釋道:「例如,光合作用所產生的氧氣。氧氣是一種非常活潑的氣體,它通過氧化礦物質來改變地球表面,這也是生物學重要的間接作用;當然,生命也創造自己的礦物——生物礦物,例如生物體中的貝殼、牙齒、骨骼及其他微生物。」

「每一個礦物標本都有一段歷史、都講述了一個故事;每一個都是時間膠囊,它揭示了地球的過去,這是其他任何東西都無法做到的。」生命以各種方式影響礦物質生成,而礦物質也記錄了地球的歷程。

地球新紀元 人類創造新礦物

目前,地質學家將11,700 年前最後一個冰河時代以來的時間標記為全新世(the Holocene)。但是,近期開始亦有觀點認為,在工業革命後,人類在地表上的活動已經對氣候生態系統造成全球性影響,並對地球發展產生決定性的作用,主張地球現已進入「人類世」(Anthropocene)。

文章插圖

新的、人造礦物及類似礦物的化合物則支持了此一觀點。來自亞利桑那大學的馬庫斯‧奧格列裡(Marcus Orglieri)說:「在我們這個時代留下的沉積層中,未來的礦物學家將發現大量的建築材料如磚、煤渣塊和水泥,以及金屬合金如鋼、鈦和鋁,甚至是核時代的許多致命放射性副產品。他們可能還會驚嘆​​於一些美麗的人造寶石,如形似鑽石的立方氧化鋯(Cubic Zirconia)與莫桑石(Synthetic Moissanite)、合成紅寶石(Synthetic ruby)。」  

對此,英國地質調查局(British Geological Survey)人類世工作組的秘書的科林沃特斯(Colin Waters)亦有所回應:「實際上,人類為自己的目的所創造新的類似礦物的材質,正是這些將成為我們在這個星球上存在的大量標誌」,他舉圓珠筆為例「筆尖的球是由碳化鎢製成的,自1950年代以來已經生產了數十億個,想像一下有多少這種材料正在環繞地球。」

文章插圖

 「半導體、磁鐵、電池和建築石材……人類合成了成千上萬種材料,」哈森教授說「這些具有類似礦物的材質,將在未來十億年的地質記錄中持續存在。」

 這些礦物和類似礦物的化合物將隨著人類活動而遍佈全球,並長久地保存於地質記錄中,成為人類時代的獨特標誌。這正是地球現在進入了一個新紀元——「人類世」的進一步證據。

 礦物質的多樣性可以幫助尋找外星生命嗎?

文章插圖

哈森與莫里森的努力成果不僅介紹了礦物的起源、展現了礦物質的多樣性,有助於重建地球上的生命歷史,甚至能成為研究其他星球的工具,尋找可居住的行星和外星生命

「我們正在研究火星的礦物學,尋找可能指向生命的礦物質證據。」哈森說:「我們在尋找的不是任何一種特定的礦物,而是微量元素的痕跡;這些礦物的形態、大小和形狀將成為火星上究竟有無生命的有力證據。」

文章功能

comment 1
bookmark_border
more_vert