Machacados, horneados, hervidos, condensados... La naturaleza ha utilizado 57 recetas para crear durante millones de años más de 10.500 ‘tipos minerales’ en la Tierra, según una nueva propuesta para catalogarlos. Con ella se ha comprobado que el agua ayudó a formar más del 80 % de las especies minerales y que un tercio se originaron mediante procesos biológicos.
La pirita, llamada a veces el ‘oro de los tontos’ por su brillo y falta de valor, es el mineral que se origina de más formas diferentes, hasta de 21 maneras: a altas y bajas temperaturas, con y sin agua, mediante microorganismos o sin ellos, a través de meteoritos, volcanes, por presión entre rocas o procesos asociados a la minería, entre otros. Sin embargo, en todos los casos su estructura cristalina y fórmula química (FeS2) es la misma.
Se trata de una de las aproximadamente 5.800 ‘especies’ minerales reconocidas por la Asociación Mineralógica Internacional (IMA, por sus siglas en inglés), que las clasifica en función de su composición química y estructura cristalográfica. Pero, ahora, tras 15 años de trabajo, científicos del Instituto Carnegie de EE UU proponen un tercer criterio: su génesis, es decir, cómo se formaron estos minerales.
Al considerar este novedoso aspecto, un mismo mineral puede tener varios mecanismos genéticos diferentes, y de los casi 6.000 minerales conocidos se pasa a más de 10.500 ‘tipos minerales’ –este es el nuevo concepto– distintos.
Los diamantes, por ejemplo, compuestos de carbono, se han originado al menos de nueve formas, incluyendo condensaciones en atmósferas de antiguas estrellas, por el impacto de un meteorito o bajo presiones muy elevadas y altas temperaturas en las profundidades de la Tierra.
La nueva propuesta para clasificar los tipos minerales según los mecanismos que los originaron a lo largo de los más de 4.500 millones de años de historia de nuestro planeta, o incluso antes, se ha publicado en dos artículos de la revista American Mineralogist.
“De momento no pedimos que la IMA respalde este enfoque alternativo, pero sospecho que podría ocurrir en el futuro”, apunta a SINC el autor principal, Robert Hazen, quien aclara que se trata complementar a lo que ya se utiliza: “No debería sustituir al sistema eficiente, simplificado y esencial de la Asociación Mineralógica Internacional. Esta utiliza una información mínima (en bits) para diferenciar cada especie mineral, pero nosotros abarcamos todos los atributos físicos y químicos no ideales, desordenados y ricos en información que, en conjunto, conservan un registro de la historia de ese mineral”.
“En algunos casos –continúa–, esos atributos apuntan inequívocamente a un entorno distintivo, como la atmósfera de una estrella, la cristalización a partir de un magma, la alteración acuosa o la caída de un rayo. Podemos aplicar métodos de análisis de clústeres o grupos para correlacionar todos los datos desordenados con esos entornos. En otros casos, tendremos que trabajar estrechamente con los geólogos para desentrañar el origen, y será difícil estandarizar, pero también es una gran oportunidad para aprender más sobre la historia de nuestro planeta”.
Apoyándose en grandes bases de datos de minerales de libre acceso (mindat.org y rruff.info/ima), junto a miles de investigaciones sobre la geología de lugares de todo el mundo donde se localizan, los autores identificaron 10.556 combinaciones diferentes de tipos y modos de formación.
Los resultados muestran que los minerales han surgido de una o más formas entre 57 posibilidades diferentes, por ejemplo, aplastados a grandes presiones, cocidos a elevadas temperaturas o condensados (paso directo de gas a sólido) en fumarolas volcánicas.
De las especies aprobadas por la IMA en el momento del análisis, 3.349 (59 %) se originaron de una sola forma, 1.372 (24%) por dos procesos distintos, 458 (8 %) por tres, y el resto, 480 (8 %), de cuatro o más maneras.
Nueve minerales nacieron por 15 o más procesos físicos, químicos y/o biológicos, desde la formación casi instantánea por el impacto de un rayo o un meteorito, hasta cambios causados por las interacciones entre el agua y la roca, o transformaciones a altas presiones y temperaturas durante millones de años.
Otra de las conclusiones relevantes de los estudios, en los que también ha participado la investigadora Shaunna Morrison de Carnegie y otros geólogos de EE UU y Rusia, es que el agua ha desempeñado un papel esencial en la diversidad mineral de la Tierra, ya que ha participado en la formación de más del 80 % de las especies minerales.
“Esto explica una de las razones clave por las que la Luna y Mercurio, e incluso Marte, tienen mucha menos variedad que la Tierra”, explica Hazen, aunque, por otra parte, reconoce el potencial que ofrecen la gran cantidad de lunas y exoplanetas: “Hay muchos mundos posibles ricos en minerales, con sus propios conjuntos de especies y tipos. Incluso en nuestro propio sistema solar, una de las lunas de Saturno, Titán, tiene una mineralogía muy diferente”.
Otra de las conclusiones es que los organismos vivos desempeñaron un papel directo o indirecto en la formación de casi la mitad de las especies minerales conocidas, y que un tercio de los minerales conocidos –más de 1.900 especies– se formaron exclusivamente como consecuencia de actividades biológicas.
Se han contabilizado 77 biominerales, formados por una variedad de procesos metabólicos, desde corales, conchas, ortigas y microorganismos, hasta aquellos que contienen los huesos, dientes y cálculos renales.
Amonita opalizada, un bello ejemplo de biomineral procedente de Canadá. / ARKENSTONE/Rob Lavinsky
Otros 72 de ellos proceden del guano y la orina de aves y murciélagos. Esta lista incluye la rara esfeniscidita, que se origina cuando el pis de los pingüinos (orden Sphenisciformes, de ahí el nombre) reacciona con los minerales de arcilla que hay bajo una colonia en la Isla del Elefante, en la Antártida.
“Y tampoco hay que olvidar el papel indirecto de la biología, como la creación de una atmósfera rica en oxígeno [por parte de microorganismos] que dio lugar a 2.000 minerales que no se habrían formado de otro modo”, apunta Hazen.
Los autores señalan que el nacimiento de los océanos, el desarrollo de la corteza continental e incluso el inicio de alguna forma temprana de subducción (el proceso que impulsa la tectónica de placas) hace de 4.000 a 4.500 millones de años, significó que muchos procesos importantes de formación de minerales –hasta 3.534 especies– ocurrieron en los primeros 250 millones de años de la Tierra.
“Si es así, la mayoría de los entornos geoquímicos y mineralógicos que plantean los modelos sobre el origen de la vida ya estarían presentes hace 4.300 millones de años”, afirman. Y si la vida es “un imperativo cósmico que surge en cualquier mundo rico en minerales y agua, entonces estos hallazgos apoyan la hipótesis de que en nuestro planeta surgió rápidamente, junto a un vibrante y diverso reino mineral”.
Respecto a su posible aparición en otras partes del universo, Hazen señala que, “en cuanto a los orígenes de la vida, no sabemos lo suficiente como para predecir si otros mundos son más adecuados que la Tierra para producir bioquímica”.
El geólogo planetario Jesús Martínez Frías, del Instituto de Geociencias (IGEO, CSIC-UCM), valora el trabajo de su colega: “Estos nuevos e interesantes artículos están en la línea de su investigación, donde destaca las conexiones entre los minerales, la vida y la vitalidad geológica de nuestro planeta. Si en la Tierra existe geodiversidad mineral es gracias a estas interconexiones. Precisamente por eso se vincula en astrobiología la relación entre la posible emergencia de la vida y su posterior biodiversidad con la geodiversidad, dos conceptos que van íntimamente unidos”.
“La línea de Hazen me parece muy importante no solo para comprender la explosión mineralógica y el origen de la vida en la Tierra –añade–, sino también para extrapolarla a otros planetas y lunas. Un ejemplo lo tenemos en La Palma, donde hemos sido testigos de una nueva erupción y con el tiempo veremos cómo esos nuevos materiales (rocas volcánicas) ‘vírgenes’ van a ir evolucionando geológica y mineralógicamente, en su interacción con la atmósfera, el agua, el ciclo geodinámico global de la Tierra y con la propia vida, transformándose y dando lugar a otros nuevos”.
El berilo, un mineral que contiene el elemento berilio, se presenta en muchos y hermosos colores, como esmeralda (su nombre común). / ARKENSTONE/Rob Lavinsky
Por otra parte, las actividades humanas también influyen en procesos relacionados con la génesis mineralógica. Además de las creaciones accidentales durante los incendios en las minas, la humanidad ha fabricado miles de compuestos similares a los minerales, aunque no cumplan los requisitos para ser reconocidos por la IMA: materiales de construcción, semiconductores, cristales láser, aleaciones especiales, piedras preciosas sintéticas, restos de plástico...
Todos ellos, son “susceptibles de persistir durante millones de años en el registro geológico, proporcionando un horizonte sedimentario que marca el denominado Antropoceno”, apuntan los autores, liderados por Hazen, que recientemente ha recibido una medalla de la Asociación Mineralógica Internacional durante su reunión anual, celebrada este año en Lyon (Francia).
Comprender la evolución mineral nos ofrecerá una vía novedosa para explorar el espacio profundo y buscar vida extraterrestre
El presidente de la IMA y profesor de la Universidad de Pekín, Anhuai Lu, también ha destacado sus últimos artículos: “El notable trabajo de Hazen y Morrison proporciona una vía potencial para descubrir de forma predecible posibles minerales en la naturaleza. Los minerales pueden ser clave para reconstruir toda la vida pasada y predecir la futura en la Tierra”, y comprender su evolución “nos ofrecerá una vía novedosa para poder explorar el espacio profundo y buscar vida extraterrestre y planetas habitables en el futuro”.
Por Juan A. Morales González, presidente de la Sociedad Geológica de España (SGE)
Los autores han trabajado mucho y muy bien para establecer un nuevo criterio que nunca antes se había empleado en las clasificaciones minerales: la génesis. Proponen el concepto de ‘tipos minerales’, en el que un mismo mineral podría tener varios tipos si existen para formarlo distintos mecanismos genéticos. Pero no son tan pretenciosos como para proponer que cada una de esas posibles génesis produzcan minerales diferentes, ya que si tienen la misma composición y estructura cristalográfica serían el mismo. De esta forma, pasaríamos de tener casi 5.800 minerales a más de 10.500 tipos minerales.
Como aspectos a destacar serían los posibles orígenes biogénicos de muchos minerales, así como la presencia de procesos extraterrestres. También llama la atención la existencia de mecanismos genéticos inducidos por la actividad humana, como algunos relacionados con la contaminación minera. En este sentido, se ha analizado la minería del carbón, pero, curiosamente, no la génesis asociada a la contaminación en ambientes de drenaje ácido minero, como los de la explotación de sulfuros. Probablemente, en este ambiente se encontraría una gran cantidad de nuevos tipos minerales.
Destacados mineralogistas, como el presidente de la IMA, han ensalzado esta nueva propuesta y el enorme trabajo de síntesis llevado a cabo por los autores, pero muestran sus dudas de que sea una clasificación que pueda ser empleada de una forma sencilla de cara a la identificación inmediata, ya que los criterios genéticos han de ser empleados tras estudios detallados. Tampoco será una clasificación que pueda aprenderse de una forma fácil por los estudiantes y personas ajenas al mundo de la mineralogía.
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