September 26, 2022

Robert Hazen sedang menghadiri pesta Natal, suatu malam di bulan Desember 2006, ketika seorang teman dan kolega ahli biologi mengajukan pertanyaan sederhana: “Apakah ada mineral tanah liat di Hadean?”

Pertanyaan itu datang dari tempat yang penting. Hadean eon adalah apa yang oleh para ilmuwan disebut sebagai babak pertama dari sejarah Bumi—waktu yang berapi-api dan mitopoetik dari pembentukan planet kita hingga sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Dan mineral lempung, yang saat ini sering ditemukan di tanah di seluruh dunia, memainkan peran kunci dalam beberapa dari banyak teori tentang bagaimana kehidupan dimulai.

Tetapi menurut Hazen, seorang ahli mineral di Carnegie Institution for Science di Washington, DC, itu bukan pertanyaan yang diperlengkapi bidangnya untuk dipelajari satu atau dua dekade lalu.

[Related: How minerals and rocks reflect rainbows, glow in the dark, and otherwise blow your mind]

Dia sekarang berharap itu akan berubah, berkat sistem katalogisasi mineral baru yang memperhitungkan bagaimana—dan kapan—mineral terbentuk. Ini dijelaskan dalam dua makalah, yang diterbitkan hari ini di jurnal Ahli Mineral Amerika. (Penelitian ini bisa menjadi pelopor untuk lebih dari 70 penelitian lainnya.)

“Saya pikir ini memberi kita kesempatan untuk menjawab pertanyaan yang hampir tak terbatas,” kata Shaunna Morrison, ahli geosains di Carnegie Institution dan salah satu penulis makalah.

Secara tradisional, ahli mineral mengklasifikasikan senyawa kristal berdasarkan susunan kimianya (atom apa yang ada dalam mineral?) dan strukturnya (jika Anda memperbesarnya, bagaimana Anda melihat atom-atom itu tersusun?).

“Cara ahli mineralogi berpikir tentang bidang mereka adalah: Setiap mineral adalah komposisi kimia dan struktur kristal yang ideal,” kata Hazen, juga salah satu penulis makalah. “Begitulah cara kami mendefinisikan ‘spesies mineral.’”

See also  Beberapa orang yang terkena virus berbau lebih manis bagi nyamuk
Contoh indah ammonit opal dari Alberta, Kanada, menunjukkan persimpangan evolusi biologis dan evolusi mineral—interaksi antara mineral dan kehidupan. Seratus juta tahun yang lalu, amon menyimpan cangkang karbonat kerasnya sendiri — sebuah “biomineral.” Dalam kasus yang jarang terjadi, cangkang karbonat asli itu kemudian digantikan oleh opal mineral yang berapi-api. ARKENSTONE/Rob Lavinsky

Asosiasi Mineralogi Internasional (IMA), kongres dunia untuk bidang studi, mendefinisikan sekitar 5.800 spesies yang terdaftar: dari pirit dan intan hingga hidroksiapofilit-(K) dan ferro-ferri-fluoro-leakeite. Ini adalah koleksi yang telah dikumpulkan oleh para ilmuwan selama berabad-abad.

Skema itu bagus untuk mengidentifikasi mineral di permukaannya, tetapi tidak banyak menjelaskan tentang bagaimana artefak geologis mungkin terbentuk. Pirit, misalnya, dapat ditelusuri kembali ke apa pun mulai dari air panas dan gunung berapi hingga meteorit dan kebakaran tambang yang diciptakan manusia. Tanpa sedikit pengetahuan ekstra itu, jika Anda menemukan pirit, Anda tidak akan tahu cerita yang coba diceritakannya kepada Anda. Mineral lain ditanggung dalam kondisi ekstrim dari sambaran petir, atau dari kehidupan Bumi secara langsung, seperti dalam tulang atau kotoran burung. Ada mineral yang muncul karena oksigen yang dipompa bakteri awal ke atmosfer purba Bumi.

Hazen dan Morrison ingin membuat katalog tingkat berikutnya yang mengaitkan materi dengan sejarah mereka. “Apa yang sebenarnya ingin kami lakukan adalah menghadirkan konteks,” kata Morrison.

Saat ini, ada beberapa cara peneliti dapat mengetahui di mana, kapan, dan bagaimana suatu mineral terbentuk. Mereka mungkin melihat elemen jejak, yang merupakan bagian tambahan dari bahan kimia dan biologis yang dimasukkan ke dalam mineral dari sekitarnya. Mereka mungkin melihat rasio isotop radioaktif yang berbeda dalam mineral yang, mirip dengan penanggalan karbon, dapat memberi tahu para ilmuwan seberapa jauh suatu mineral berjalan. Mereka bahkan mungkin berpikir tentang tekstur atau warna mineral; sampel yang telah teroksidasi atau berkarat, misalnya, dapat berubah penampilan.

Turmalin oranye di dasar batu putih dengan latar belakang hitam di katalog mineral
Turmalin adalah mineral yang paling umum dengan unsur boron. Ini membentuk kristal cantik di pegmatit granit kaya mineral, yang menampung ratusan spesies mineral eksotis. Asosiasi Mineralogi Internasional mengakui lebih dari 30 “spesies” turmalin, tetapi makalah baru hanya mengakui segelintir “jenis mineral.” Alasannya adalah bahwa komposisi turmalin sangat bervariasi — rasio Mg/Fe, F/OH, Al/Fe dan banyak “substitusi kimia” lainnya dapat menghasilkan kristal individu yang diberi zona warna yang menampung sebanyak tujuh spesies berbeda tetapi hanya satu. “jenis mineral.” ARKENSTONE/Rob Lavinsky

Dilengkapi dengan metode ilmu data—yang sering digunakan saat ini oleh para ahli biologi untuk menganalisis genom dan oleh sosiolog untuk menemukan kelompok orang dalam jaringan sosial—Morrison mampu menghubungkan beberapa faktor tersebut dan menemukan sejarah pembentukan berbagai mineral. Timnya membutuhkan waktu 15 tahun untuk menjelajahi ribuan mineral dari seluruh planet dan menandai mereka dengan salah satu dari 57 lingkungan formasi yang berbeda, mulai dari mineral antariksa yang mendahului Bumi hingga mineral yang terbentuk di tambang manusia.

See also  Bagaimana NASA bersiap untuk meluncurkan roket bulannya

Sekarang, mereka telah mengubah 5.800 spesies IMA menjadi lebih dari 10.500 spesies yang disebut Morrison dan Hazen sebagai “jenis mineral”. Satu mineral dapat memiliki banyak jenis jika terbentuk dalam beberapa cara yang berbeda.

Ambil berlian, misalnya. Secara kimia, ini adalah salah satu mineral paling sederhana, seluruhnya terbuat dari atom karbon yang tersusun dalam struktur berbasis kubus. Tetapi katalog baru mencantumkan sembilan jenis yang berbeda: berlian yang dipanggang dan ditekan di mantel bumi, berlian yang diendapkan dari serangan meteor, berlian dari bintang kaya karbon bahkan sebelum kehidupan ada, dan banyak lagi.

Dalam panduan Morrison dan Hazen yang diperbarui, sekitar lima per enam mineral IMA hanya ada dalam satu atau dua jenis. Tapi sembilan mineral sebenarnya bercabang menjadi 15 jenis. Dan tidak ada mineral dalam katalog yang memiliki jenis sebanyak pirit: 21.

Pilar perunggu hijau dengan latar belakang hitam dalam katalog mineral
Malachite adalah contoh mineral yang terbentuk setelah kehidupan menciptakan oksigen atmosfer sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu. Mereka adalah di antara ratusan mineral tembaga biru dan hijau yang indah yang terbentuk di dekat permukaan bumi sebagai endapan bijih cuaca. ARKENSTONE/Rob Lavinsky

Dalam membuat skema ini, Hazen dan Morrison (keduanya juga berada di rasa ingin tahu tim penjelajah Mars) sedang mencari jauh di luar Bumi. Jika Anda menemukan mineral di dunia lain dan Anda tahu di mana ia terbentuk, Anda dapat dengan cepat mengetahui lingkungan seperti apa yang dimiliki planet itu di zaman kuno. Misalnya, jika mineral Anda termasuk di antara 80 persen jenis yang berasal dari kontak dengan air, maka Anda mungkin memiliki bukti lautan yang telah lama mati.

Dan jika mineral Anda termasuk di antara sepertiga jenis mineral yang muncul dari proses biologis, itu bisa menjadi petunjuk kehidupan di luar bumi yang telah lama menghilang.

[Related: Why sustainable diamonds are almost mythical]

“Cara baru untuk melihat mineral muncul,” kata Patrick Cordier, ahli mineral di Universitas Lille di Prancis, dalam sebuah pernyataan. “Mineral menjadi saksi, penanda sejarah panjang materi.”

See also  Dinosaurus terbaru di Zimbabwe mungkin yang tertua di Afrika

“Anda dapat menyimpan mineral yang berumur ratusan juta atau miliaran tahun [old]. Anda bisa memegang meteorit yang berusia 4,567 miliar tahun,” kata Hazen. “Tidak ada bukti nyata lain dari sejarah paling awal tata surya kita.”