Una Visión Particular de la Tierra
La historia del planeta Tierra es de cambios notables y repetidos; Con 4.500 millones de años de fabricación, nuestro mundo es un producto único de un cosmos dinámico. Ubicado a una distancia favorable del Sol, la Tierra tiene agua líquida, placas tectónicas activas, una atmósfera protectora y una gran Luna que nos protege de los asteroides. Y la Tierra es el único planeta (Que conocemos) que juega al anfitrión de trillones de organismos vivos que respiran. Pero, ¿Cómo comenzó la Tierra? La rica historia de nuestro planeta se conserva en sus minerales y rocas.
Mineralogía
La mineralogía es el estudio científico de todos los aspectos de los minerales, que se definen como compuestos cristalinos naturales que tienen una composición química bien definida. Los minerales son los bloques de construcción fundamentales para todo tipo de rocas, y también son componentes críticos en la evolución de la vida.
A pesar del hecho de que los minerales son claramente parte de la historia geológica de la Tierra (De hecho, los minerales son fundamentales para entender la historia de la Tierra), la mineralogía en sí misma es un campo que durante mucho tiempo se ha enseñado de una manera bastante separada de la gran historia de la Tierra. En muchos cursos de mineralogía altamente respetados en todo el mundo, los minerales se tratan como cristales idealizados.
Durante más de dos siglos, la investigación mineralógica se ha centrado en las propiedades físicas y químicas estáticas de los cristales. Las investigaciones sobre dureza y color, elementos químicos e isótopos, propiedades ópticas, estructuras cristalinas y formas externas han dominado la literatura de la mineralogía tradicional.
Un beneficio de esta aparente falta de curiosidad histórica entre los mineralogistas profesionales es que ha permitido que se forme un impresionante cuerpo de conocimientos. La mineralogía se ha aliado durante mucho tiempo con las llamadas ciencias duras de la física y la química, a diferencia de las ciencias más históricas de la geología y la biología. Los mineralogistas saben mucho acerca de la composición química; estructura cristalina (Es decir, cómo están dispuestos los átomos); y propiedades físicas, como dureza, resistencia a la fractura, densidad y color.
Los mineralogistas han aprendido mucho sobre las propiedades magnéticas y las propiedades eléctricas; también midieron la compresibilidad (La reducción en el volumen cuando un cristal está sujeto a alta presión) y la expansión térmica (El cambio en el volumen a alta temperatura).
La escala de dureza de Mohs lleva el nombre del mineralogista alemán del siglo XIX Friedrich Mohs, quien se convirtió en un líder en lo que entonces era un nuevo enfoque: Agregar propiedades físicas como un medio para identificar y describir minerales. Introdujo una escala del 1 al 10 como un medio para caracterizar los minerales en función de su dureza relativa.
La dureza, como muchas otras propiedades físicas y químicas de diagnóstico, es una manera útil de distinguir diferentes minerales, pero no le dice nada sobre la historia de su espécimen de calcita o feldespato, por ejemplo.
La razón de este curioso sesgo tiene que ver con el viejo prejuicio de que la física y la química son de alguna manera más rigurosas, más “científicas”, que las ciencias históricas de la geología y la biología. Existe la sensación de que la física y la química se basan en aspectos reales y mensurables de la naturaleza (densidad, dureza, estructura, composición), mientras que gran parte de la geología se basa en un tipo de conjeturas y narraciones que nunca pueden ser tan absolutamente rigurosas.
Como resultado, en lugar de contar historias sobre sus especímenes de cristal, en lugar de especular sobre cómo y cuándo se formaron esos cristales, los mineralogistas se han adherido a lo que pueden medir con gran precisión y exactitud.
Pero incluso los físicos aprendieron a apreciar el papel inevitable del tiempo, una vez que la teoría del Big Bang llegó a ser aceptada dentro de la cosmología. Ese es el tipo de cambio que ha tenido lugar más recientemente en las ciencias de la Tierra: Los expertos en enfoques científicos que solían estar separados ahora están hablando mucho más entre ellos.
Geología
Una segunda tradición científica, la geología, ha sido extrañamente separada de la mineralogía. La geología se centra en la historia de la Tierra al dividir la historia de la Tierra en distintos eones, eras, períodos y épocas, con cada subdivisión más pequeña que la anterior.
El estudio del tiempo geológico es crítico para describir la historia de los cambios en nuestro planeta en inmensos intervalos de tiempo, con cuatro eones utilizados para marcar las divisiones más grandes en la historia de la Tierra: El Hadean, con una duración de 550 millones de años; el Arcaico, que dura casi 1.500 millones de años; el Proterozoico, que se extiende desde hace 2.500 millones de años hasta aproximadamente quinientos millones de años; y el Fanerozoico, que es el más reciente de 542 millones de años. El Eón Arcaico es el momento, que comenzó hace unos 4 mil millones de años, y probablemente marca los orígenes de la vida.
Evolución Mineral
Desde 1735, cuando el famoso taxónomo sueco Caroli Linnaei incluyó el reino mineral en su gran esquema de clasificación, Systema Naturae (“El Sistema de la Naturaleza”), la mineralogía de la Tierra ha sido tratada como un aspecto fijo y estático de la naturaleza. Linnaei describió el reino animal, el reino vegetal y el reino mineral, todos usando la nomenclatura binomial familiar del género y la especie, por ejemplo, Tyrannosaurus rex o Homo sapiens.
En el siglo XIX, los mineralogistas comenzaron a clasificar los minerales en términos de sus propiedades químicas subyacentes, pero continuaron refiriéndose a “especies minerales”. Durante más de dos siglos, los estudiantes de mineralogía han aprendido acerca de cada especie mineral al memorizar nombres, composiciones químicas, Formas de cristal, y propiedades físicas tan distintivas e inmutables como color, dureza, transparencia y magnetismo.
A través de todo esto, la dimensión del tiempo nunca fue considerada. Parece que nadie se molestó en preguntar si la mineralogía pasada de la Tierra difería de la actual. Pero la mineralogía de la Tierra debe haber evolucionado de manera sorprendente a lo largo de la vasta extensión del tiempo geológico, como revela incluso una breve mirada a la historia geológica.
La evolución mineral es un marco completamente nuevo para la ciencia de la mineralogía que une la mineralogía con el resto de la geología. Este enfoque también se convirtió en una forma de unir a las ciencias de la tierra en su conjunto con las ciencias de la vida, reuniendo así, de una manera nueva, los antiguos reinos de los animales, vegetales y minerales de Linnaei. Los tres reinos ya no son vistos como estáticos y ya no pueden estudiarse aislados unos de otros.
La diversidad mineral proviene de la química, de la riqueza de la tabla periódica de los elementos. Más de 80 elementos diferentes ayudan a formar el reino mineral, pero algunos elementos son mucho más comunes que otros. La evolución mineral estuvo precedida por la evolución de los elementos. El cosmos comenzó con casi nada más que los elementos más ligeros, formadores de estrellas: hidrógeno y helio. Gradualmente, las estrellas fabricaron el resto de la tabla periódica, primero mediante los procesos graduales de fusión nuclear para hacer los elementos más comunes de la Tierra: oxígeno, magnesio, silicio y hierro. Luego, en grandes paroxismos, el resto de la tabla periódica emergió en supernovas, violentas explosiones de estrellas que sembraron nuestra galaxia Vía Láctea con polvo que forma un planeta.
Pasaron varios millones de años hasta que aparecieron los primeros minerales en los ambientes de enfriamiento y expansión de las estrellas en explosión. Tan cerca cómo podemos decir, aproximadamente una docena de diferentes especies minerales se formaron desde el principio, lo que llamamos los “minerales-ur”, que están atrapados en los granos de polvo microscópicos que son los materiales de construcción más importantes de planetas como la Tierra.
Tomó millones de años más para que aparecieran los primeros planetas rocosos, ya que las estrellas y los planetas comenzaron un ciclo de formación y destrucción que finalmente llevó a nuestro propio sistema solar hace más de 4.500 millones de años. En las próximas entradas, me centraré en el ensamblaje y la evolución posteriores de la Tierra.
Primero, la Tierra se diferenciaba en sus grandes capas: el núcleo, el manto y la corteza; los océanos y la atmósfera; y la geosfera y la biosfera. En segundo lugar, hubo eventos de transformación violentos, incluido el origen de la Luna y la extinción de los dinosaurios. En tercer lugar, ha habido cambios más graduales en la química oceánica, los supercontinentes, el clima y los orígenes y evolución de la vida.
Esta historia de 4.500 mil millones de años se extiende hasta el presente, cuando los humanos están jugando un papel tan importante en el cambio de nuestro planeta. La historia de la Tierra y su evolución es también una historia de evolución mineral. Todo lo que sabemos de la Tierra y su historia proviene de estudios sobre las rocas y los minerales.
La historia mineral de la Tierra tuvo al menos 10 etapas distintas, pero podemos combinar esas etapas en solo tres amplias épocas, cada una de las cuales vio la aparición de nuevos minerales en o cerca de la superficie de la Tierra.
- La primera Era de la evolución mineral (Etapas 1 y 2) fue en el sistema solar inicial, que incluye el período antiguo hace más de 4.500 millones de años, cuando los planetas se formaron a partir de polvo y gas. La primera era se conserva en los variados meteoritos que aún caen a la Tierra.
- La segunda gran Era es la propia evolución mineral de la Tierra antes de la llegada de la vida (Etapas 3 a 5), que comienza con la formación del planeta a partir de miles de planetesimales. Esta segunda Era involucra procesos químicos y físicos que separan y concentran elementos, procesos que conducen a más de 1,000 nuevas especies minerales.
- La tercera gran Era de la evolución mineral de la Tierra está vinculada a la vida (Etapas 6 a 10). Esta tercera Era se centra en los orígenes de la vida y las interacciones posteriores entre la geosfera y la biosfera. Ahora se piensa que más de dos tercios de todos los minerales conocidos son la consecuencia indirecta de la vida.
Referencias
Robert M. Hazen
Minerals: Their Constitution and Origin
Hans-Rudolf Wenk