Descifran y catalogan los orígenes de los minerales de la Tierra

Un estudio de 15 años de duración dirigido por la Carnegie Institution for Science detalla los orígenes y la diversidad de todos los minerales conocidos en la Tierra.

Según sus autores, se trata de un trabajo que marcará un hito y que ayudará a reconstruir la historia de la vida en la Tierra, a orientar la búsqueda de nuevos minerales y yacimientos, a predecir las posibles características de la vida futura y a facilitar la búsqueda de planetas habitables y vida extraterrestre.

En sendos artículos publicados en la revista 'American Mineralogist' y patrocinados en parte por la NASA, los científicos del Carnegie Robert Hazen y Shaunna Morrison detallan un novedoso enfoque para agrupar especies afines de minerales o separar nuevas especies en función de cuándo y cómo se originaron.

Una vez que se tiene en cuenta la génesis de los minerales, el número de "tipos de minerales" -un término recién acuñado- asciende a más de 10.500, una cifra que supera en un 75% las aproximadamente 6.000 especies minerales reconocidas por la Asociación Mineralógica Internacional (IMA) basándose únicamente en la estructura cristalina y la composición química.

"Este trabajo cambia fundamentalmente nuestra visión de la diversidad de los minerales del planeta", asegura el doctor Hazen, científico del Laboratorio de la Tierra y los Planetas del Instituto Carnegie para la Ciencia.

"Por ejemplo, más del 80% de los minerales de la Tierra fueron mediados por el agua, que es, por tanto, fundamentalmente importante para la diversidad mineral en este planeta --explica--. Por extensión, esto explica una de las razones clave por las que la Luna y Mercurio, e incluso Marte, tienen muchas menos especies minerales que la Tierra".

"El trabajo también nos dice algo muy profundo sobre el papel de la biología --añade--. Un tercio de los minerales de la Tierra no podría haberse formado sin la biología: conchas y huesos y dientes, o microbios, por ejemplo, o el vital papel indirecto de la biología, como la creación de una atmósfera rica en oxígeno que dio lugar a 2.000 minerales que no se habrían formado de otro modo".

Según el artículo, la naturaleza creó el 40% de las especies minerales de la Tierra de más de una manera --por ejemplo, tanto abióticamente como con la ayuda de las células-- y en varios casos utilizó más de 15 recetas diferentes para producir la misma estructura cristalina y composición química.

De las 5.659 especies minerales reconocidas por Hazen y sus colegas, nueve surgieron a través de 15 o más procesos físicos, químicos y/o biológicos diferentes, desde la formación casi instantánea por el impacto de un rayo o un meteorito, hasta los cambios causados por las interacciones entre el agua y la roca o las transformaciones a altas presiones y temperaturas que abarcan cientos de millones de años.

Para llegar a sus conclusiones, Hazen y Morrison construyeron una base de datos de todos los procesos conocidos de formación de todos los minerales conocidos. Apoyándose en grandes bases de datos de minerales de libre acceso (mindat.org y rruff.ima/info), ampliadas por miles de artículos de investigación primaria sobre la geología de las localidades de minerales de todo el mundo, identificaron 10.556 combinaciones diferentes de minerales y modos de formación.

En estudios anteriores realizados a lo largo de más de un siglo, miles de mineralogistas de todo el mundo han documentado minuciosamente casi 6.000 "especies minerales" diferentes en función de sus combinaciones únicas de composición química y estructura cristalina. El doctor Hazen y sus colegas adoptaron un enfoque diferente, haciendo hincapié en cómo y cuándo apareció cada tipo de mineral a lo largo de más de 4.500 millones de años de historia de la Tierra. "Nadie había emprendido antes esta ingente tarea", afirma Hazen.

El estudio concluye que el agua ha desempeñado un papel dominante en la diversidad mineral de la Tierra, ya que ha participado en la formación de más del 80% 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.

Además, los elementos raros desempeñan un papel desproporcionado en la diversidad mineral de la Tierra. Sólo 41 elementos -que en conjunto constituyen menos de 5 partes por millón de la corteza terrestre- son constituyentes esenciales en unos 2.400 (más del 42%) de los minerales de la Tierra, y 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 propia Tierra, de los cuales 97 sólo se conocen a partir de meteoritos (con una edad de algunos granos minerales individuales estimada en 7.000 millones de años, es decir, miles de millones de años antes del origen de nuestro sistema solar).

Según el estudio, los minerales más antiguos que se conocen son diminutos y duraderos cristales de circón, con una antigüedad de casi 4.400 millones de años. Al mismo tiempo, más de 600 minerales se han derivado de las actividades humanas, incluidos más de 500 minerales causados por la minería, 234 de ellos formados por incendios en minas de carbón.

Según la investigación, se sabe que 3.349 (59%) de las especies minerales aprobadas por la IMA proceden de un solo proceso (modo paragénico), 1.372 especies (24%) de dos procesos, 458 (8%) de tres procesos y el resto, 480 (8%), de cuatro o más procesos.

Los artículos detallan otras consideraciones sobre la agrupación y clasificación de los minerales, como el eón en el que se formaron.

También parece que cientos de minerales diferentes pueden haberse formado en la Tierra antes del gigantesco impacto que vaporizó gran parte de la corteza y el manto del planeta y condujo a la formación de la Luna hace unos 4.500 millones de años. De ser así, esos minerales fueron borrados, para volver a formarse cuando la Tierra se enfrió y solidificó.

Además de las creaciones minerales accidentales en los incendios mineros, la humanidad ha fabricado innumerables miles de compuestos similares a los minerales que no cumplen los requisitos para ser reconocidos por la IMA: materiales de construcción, semiconductores, cristales de láser, aleaciones especiales, piedras preciosas sintéticas, restos de plástico y similares. Todos ellos, sin embargo, son "susceptibles de persistir durante millones de años en el registro geológico, proporcionando así un claro horizonte sedimentario que marca la llamada 'Época Antropocena'".

Mientras tanto, hay 77 "biominerales", según el documento, formados por una variedad de procesos metabólicos, desde corales, conchas y ortigas, hasta minerales en huesos, dientes y cálculos renales.

Otros 72 minerales proceden directa o indirectamente del guano y la orina de aves y murciélagos. Esa lista incluye el raro mineral esfeniscidita, que se forma cuando la orina de los pingüinos (orden Sphenisciformes, de ahí el nombre del mineral) reacciona con minerales de arcilla bajo una colonia de grajos en la isla del Elefante, en el territorio antártico británico.

Los autores señalan que la formación de los océanos, el amplio desarrollo de la corteza continental y, tal vez, incluso el inicio de alguna forma temprana de subducción (el proceso que impulsa la tectónica de placas en la actualidad) en el Eón Hadeico temprano, hace entre 4.000 y 4.500 millones de años, significó que muchos procesos importantes de formación de minerales -y hasta 3.534 especies mineralesocurrieron en los primeros 250 millones de años de la Tierra.

El trabajo también señala caminos para futuros investigadores y exploradores sobre qué entornos de formación de minerales se dan en la Luna, Marte y otros mundos.