Pada pesta Natal sepuluh tahun yang lalu, sebuah ide muncul di benak Robert Hazen. Hazen memproklamirkan diri sebagai fisikawan mineral “inti keras” pada saat itu, dan seperti kebanyakan ilmuwan (dan pemain dari 20 Pertanyaan), ia menganggap mineral sebagai binatang yang sepenuhnya terpisah dari hewan dan sayuran. Tapi itu segera berubah.
Konten terkait
- Perjalanan Melalui Waktu Yang Dalam Dengan Bumi Interaktif Ini
- Kehidupan Awal Mungkin Telah Berkembang dalam Kehancuran Meteorit
Selama pesta, ahli biologi teoritis Harold Morowitz bertanya kepada Hazen apakah mineral tanah liat ada selama Hadean — periode geologis antara 4, 6 dan 4 miliar tahun lalu, ketika Bumi awal terbentuk. Meskipun pertanyaan mendasar, Hazen terkejut. Morowitz pada dasarnya bertanya apakah mineralogi yang ada ketika Bumi baru, dan mungkin ketika kehidupan berasal, berbeda dari apa yang kita lihat hari ini.
"Tidak ada ahli mineral dalam sejarah yang pernah mengajukan pertanyaan seperti itu, " kata Hazen. Sementara proses pembentukan mineral harus sama apakah itu terjadi miliaran tahun yang lalu atau Selasa lalu, Hazen menyadari tidak ada alasan untuk menganggap bahwa mineral tidak dapat berevolusi, seperti kehidupan yang berubah seiring waktu. Dia dan rekan-rekannya sejak itu telah menunjukkan bahwa kehidupan tidak muncul dalam isolasi — mineral kemungkinan membantunya sepanjang jalan. Dan ketika kehidupan berevolusi, ia menciptakan banyak ceruk kimia yang memungkinkan terbentuknya mineral baru.
“Kami melihat ko-evolusi yang saling terkait antara geosfer dan biosfer ini, ” kata Hazen. "Kehidupan melahirkan batu, batu melahirkan kehidupan." Timnya dan para ahli lainnya di bidang ini mempresentasikan ide ini dalam fitur NOVA baru Life's Rocky Start . Saya duduk bersama Hazen untuk mengobrol sedikit tentang film dan dunia mineral yang menakjubkan (berikut ini sudah lama diedit):
Ceritakan sedikit tentang film Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start adalah kisah sejarah Bumi 4, 5 miliar tahun, yang diceritakan melalui mata seorang ahli mineral yang telah mengalami semacam transformasi sendiri. Saya mulai sebagai ahli mineral, berpikir seperti kebanyakan ahli mineral mengatakan bahwa mineral adalah benda fisik yang indah — mereka beragam, mereka beragam. Tetapi Anda tidak bisa menceritakan kisah mineral tanpa juga menceritakan kisah kehidupan. Hari ini kita mengetahui 5.000 atau lebih spesies mineral — masing-masing komposisi kimia dan struktur kristal yang berbeda. Dan dari 5.000 itu, lebih dari dua pertiga adalah hasil dari perubahan yang telah dibuat kehidupan bagi Bumi.
Jadi apa mineral pertama di alam semesta?
Ketika kami mulai memikirkan mineral melalui waktu yang dalam, yang mengejutkan, tidak ada yang menanyakan pertanyaan itu. Bukankah itu luar biasa? Dalam bidang apa pun, asal adalah masalah besar — kehidupan pertama, planet pertama, bintang pertama. Tetapi ahli mineral belum pernah bertanya, apa mineral pertama?
Tepat setelah big bang, segalanya terlalu panas, dan bahkan setelah beberapa hal terkondensasi sedikit, hanya hidrogen dan gas helium yang membentuk sebagian besar alam semesta. Mereka tidak membentuk mineral karena merupakan gas, dan mineral haruslah kristal. Hal berikutnya yang dilakukan gas hidrogen dan helium adalah mengembun menjadi bintang besar. Bintang adalah mesin dari apa yang disebut nukleosintesis, atau membuat semua unsur kimia dari tabel periodik. Mineral terbentuk dari unsur-unsur lainnya.
Kapan setelah bintang pertama itu, bisakah Anda memiliki kristal pertama? Jawabannya, ternyata, adalah dalam amplop gas dari bintang yang sangat energik atau meledak supernova. Saat amplop gas itu mengembang dan mendingin, Anda memiliki konsentrasi unsur-unsur yang cukup tinggi dan suhu yang cukup rendah di mana kristal pertama dapat terbentuk. Kristal pertama itu, kami pikir, adalah spesies mikroskopis dari berlian, karena bintang kaya karbon dan karena berlian terbentuk pada suhu tertinggi dari setiap kristal yang dikenal.
Bagaimana dengan mineral pertama di Bumi?
Saat gas di sekitar bintang paling awal mendingin, mungkin ada selusin kristal berbeda yang terbentuk dari unsur-unsur paling umum: silikon, oksigen, magnesium, nitrogen. Ini adalah spesies kristal mineral pertama yang mengotori kosmos dan membentuk debu awan-awan besar yang akhirnya membentuk sistem tata surya baru. Bumi terbentuk dari salah satu awan itu.
Planet paling awal mungkin memiliki 400 atau 500 mineral. Kemudian ketika planet-planet seperti Bumi berevolusi selama lebih dari satu miliar tahun, kita mungkin telah memperoleh hingga 1.500 mineral, semuanya terbentuk dari proses kimia dan fisik murni. Di luar itu, tidak ada proses fisik atau kimia yang dapat kita ketahui tentang planet mirip Bumi untuk membuat lebih banyak mineral — sampai Anda memiliki kehidupan.
Bagaimana mineral mempengaruhi kehidupan awal?
Permukaan mineral melindungi, mengatur, dan membentuk. Mereka mengambil molekul-molekul itu dan memilih dan memusatkannya ... mereka membantu molekul-molekul itu bereaksi membentuk struktur yang lebih lama dan lebih panjang seperti membran sel dan polimer. Kita tahu bahwa molekul tidak bisa mengorganisasikannya di laut atau atmosfer — mereka terlalu encer, mereka terlalu acak. Permukaan, seperti mineral, yang menyediakan energi dan mekanisme konsentrasi yang diperlukan untuk menyatukan molekul dalam langkah-langkah kunci untuk asal usul kehidupan.
Pertanyaan terbesar adalah: Bagaimana seseorang beralih dari molekul yang diorganisasikan pada permukaan mineral ke satu set molekul yang membuat salinannya sendiri? Kita tentu tahu itu adalah karakteristik dasar kehidupan, replikasi diri, dan kita tahu bahwa beberapa sistem awal molekul pasti sudah menemukan trik itu. Mungkin mineral yang memandu proses itu atau mungkin itu hanyalah tempat yang nyaman bagi molekul untuk bertemu dan mengorganisir, dan hanya dengan peristiwa kebetulan murni, set molekul yang tepat bergabung dan membentuk sistem replikasi diri ini.
Calcite (Cumbria, Inggris), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Trilobite, dari koleksi Museum Zoolologi Komparatif di Universitas Harvard. Meskipun terkait erat dengan kepiting tapal kuda modern, trilobita punah 251 juta tahun yang lalu. (Rob Tinworth) 
Goethite (California), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Inggris), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Malachite (Arizona), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Labradorite (Madagaskar), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), dari koleksi Mineralogical & Geological Museum di Universitas Harvard. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen mempelajari irisan tipis batu di bawah mikroskop di labnya di Carnegie Institution. (Doug Hamilton) 
Seekor gigi dari mega-hiu kuno ditemukan di dekat Chesapeake Bay, Maryland. (Doug Hamilton) 
Stromatolit, struktur sedimen yang dibuat oleh tikar dari mikroba hidup, menyembul dari permukaan air di Shark Bay, Australia. Stromatolit fosil mewakili beberapa bukti tertua kehidupan di Bumi. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk dan David Flannery memeriksa fosil stromatolit berumur 2, 7 miliar tahun. (Doug Hamilton) Apakah mineral masih berkembang hari ini?
Ya tentu saja. Kita memasuki periode evolusi yang sangat cepat karena aktivitas manusia — Anthropocene. Manusia mengubah lingkungan dekat permukaan, dan ketika Anda melakukannya, Anda menciptakan ceruk kimia baru di mana mineral dapat terbentuk. Kami mengubah siklus geokimia dari hampir setiap elemen. Kami menambang barang-barang, kami membangun sesuatu, kami menggeser sesuatu dan kami membangun pabrik kimia. Salah satu konsekuensi dari melakukan ini adalah mineral baru muncul.
Ada mineral yang hanya terjadi di pembuangan tambang atau drainase tambang asam. Ada mineral baru yang hanya terjadi pada kayu yang mendukung tambang. Tempat pembuangan sampah sekarang memiliki produk pelapukan layar komputer lama dan iPhone, yang membentuk mineral baru dari unsur tanah jarang yang baru saja ditemukan.
Mengapa orang harus peduli dengan mineral?
Mineral luar biasa luar biasa. Film ini menunjukkan bahwa ada keindahan estetika untuk mineral — keajaiban belaka. Mereka penting untuk setiap aspek masyarakat: Kita tidak akan memiliki teknologi dan tidak ada kenyamanan kehidupan modern kalau bukan karena dunia mineral. Sangat mudah untuk melupakan itu, karena kita terisolasi dari penambangan dan pengolahan serta perlakuan kimia dari produk-produk ini. Tapi dunia modern kita difasilitasi oleh mineral. Saya pikir melihat mineral dalam konteks yang lebih kaya dari geosfer dan biosfer yang berevolusi bersama ini hanya lapisan yang jauh lebih penting dan menarik pada subjek.
Untuk film dokumenter NOVA, Anda membuat film di seluruh dunia. Apa tempat favorit Anda untuk dikunjungi?
Saya tentu mencintai Maroko dan saya sudah ada di sana setengah lusin kali sekarang. Tetapi pergi ke Australia Barat — merupakan hak istimewa untuk berada di tanah Pilbara yang sangat terpencil, sangat indah, meskipun jarang, terpencil, dan berbahaya. Batuan berusia 3, 5 miliar tahun membentuk pulau kecil Bumi kuno yang pada dasarnya tidak terdeformasi. Batuan tidak pernah mengalami jenis perubahan dan erosi yang dikenal untuk hampir semua batu muda.
Itu hanya tempat yang menakjubkan. Ini seperti ziarah bagi seorang ahli geologi. Untuk melihatnya dan dapat membaginya dengan beberapa ahli di dunia adalah sesuatu yang akan banyak dialami ahli geologi. Saya melihat singkapan pertama dan segar melalui mata saya sendiri, tetapi kemudian saya belajar dari mereka dan bisa melihatnya melalui mata orang lain yang lebih berpengalaman. Itu adalah pengalaman yang benar-benar mengubah.
Film dokumenter Life's Rocky Start akan mengudara Rabu, 13 Januari pukul 21:00 ET di PBS.
Pelajari tentang penelitian ini dan lainnya di Deep Carbon Observatory.
