科學家確立一全新礦物分類系統，將有助於解讀地球、尋找地外生命

2022年07月03日07:22:07 科學 1764

地球地質狀況對生命的影響是顯而易見的，不同的地質環境，如沙漠、山脈、森林和海洋等，對應著不同的生物。然而，生命對地質學的全面影響卻很容易被忽略，如今一項對地球礦物的全新調查正在糾正這一狀況，根據2022年7月1日發表在《美國礦物學家》上的兩篇科學論文：地球上大約一半的礦物多樣性是生物及其副產品直接或間接造成的。這一發現的意義在於，可以為科學家拼湊地球複雜的地質歷史提供更清晰的見解，也可以為那些尋找地外生命證據的科學家提供寶貴的支持。

一種古老的生物菊石轉換的礦物，圖片源自網路

根據羅伯特·哈森、肖娜·莫里森等科學家的概述，他們總結出一種新的礦物分類系統，這一系統將礦物的形成方式而不僅僅是外觀放在重要位置。這樣做的好處非常明顯，可以讓我們系統認識到地球的地質發展和生命進化是如何相互影響的，從而帶來全新的觀點或見解。他們的新分類法是基於對數千篇科學論文的演算法分析，識別出10500多種不同類型的礦物，這幾乎是國際礦物學協會(International Mineralogical Association，IMA)經典分類法中約5800種礦物「物種」的兩倍，該分類法嚴格關注礦物的晶體結構和化學組成。要知道國際礦物學協會經典分類法是一個已經使用了200多年的分類系統，也是國納科技醬在大學、研究生階段學習、研究的分類系統，這是一種行業內公認的系統。

納米比亞藍銅礦和孔雀石，圖片源自網路

肖娜·莫里森早在2008年就開始深入研究每種已知礦物的文獻，並尋找它們形成的數據。然後於2013年開始在卡內基研究所與羅伯特·哈森合作，他們很快發現數據變得模糊，因為許多礦物物種實際上是由多個不同的過程形成。例如，黃鐵礦晶體就是以21種根本不同的方式形成：當富含氯化物的鐵礦床在地下深處加熱數百萬年後，就會形成一些黃鐵礦晶體；另一些則形成於寒冷的海洋沉積物中，是分解海底有機物的細菌的副產品；還有一些與火山活動、地下水滲漏或煤礦有關。

幾種不同形成方式的黃鐵礦，圖片源自網路

羅伯特·哈森、肖娜·莫里森認為，這些不同類型的黃鐵礦都在告訴我們關於地球的起源、生命的存在以及是如何隨著時間而演變的。因此，他們新論文按礦物種類與其成因機制的組合對礦物進行分類，然後利用機器學習分析，從數千篇科學論文中搜索數據，從而識別出高達10556種不同的礦物。在這些論文中，羅伯特·哈森、肖娜·莫里森還確定了57種單獨或組合產生所有已知礦物的過程，主要包括：風化、化學沉澱、地幔內部的變質轉變、雷擊、輻射、氧化、地球形成過程中的大規模衝擊，甚至在行星形成之前的星際空間中的冷凝。同時，論文中還表達了這樣的觀點：地球上礦物多樣性中最大的單一因素是水，水通過各種化學和物理過程幫助生成80%以上的礦物。

一種藍綠色的孔雀石礦物，圖片源自網路

不過，科學家們發現，生命體是一個至關重要的角色。大約三分之一的礦物質是生物的一部分或副產品所形成的，例如骨頭、牙齒、珊瑚、腎結石、糞便、木材、微生物和其他有機物質經過漫長的地質時期吸收了周圍的元素，轉化成更像岩石的物質。還有數千種礦物質是由生命活動以其他方式形成的，例如工業燃煤中形成的鍺化合物。包括通過與生命副產品相互作用產生的物質，如光合作用產生的氧氣，大約一半的礦物上都留下了生命的指紋。

形成於地幔深處的鑽石，圖片源自網路

據悉，儘管新的礦物分類學受到了一些科學家的歡迎，但一些科學家仍然支持國際礦物學協會的經典分類方法。他們認為，雖然傳統的方法沒有考慮礦物演化的性質，但以應用為目的來說，如化學、採礦和工程，經典的分類方法在這些領域仍能很好地發揮作用。但是，在某些領域，如太空探索等活動，新的分類方法則可以發揮作用。科學家們認為，我們這顆藍色星球的礦物多樣性可能比太陽系中的其他岩石體豐富得多，原因在於在其它行星，如火星上有許多礦物是無法形成的，那裡沒有企鵝在粘土礦物上大便，洞穴里沒有蝙蝠，也沒有正在腐爛的仙人掌之類的東西。

火星地表狀況，圖片源自網路

因此，羅伯特·哈森、肖娜·莫里森所創建的新的分類學可以被用來解碼其他行星或衛星的地質歷史，並在那裡尋找生命的線索，無論是過去還是現在。例如，在研究火星時，科學家們可以使用新的礦物學框架來觀察晶粒大小和結構缺陷等特徵，以確定它是否可能是由古老的微生物而不是瀕死的大海或流星撞擊產生的。而且，新的分類學甚至可能有助於探測遙遠恆星周圍行星上的生命。科學家們認為，從一個縮小的、大範圍的角度來看，通過新的分類學，不僅可以了解我們居住的星球，我們還可以探索整個太陽系，以及超越太陽系的銀河系和整個宇宙，其重要意義不言而喻。