Em uma festa de Natal, dez anos atrás, uma ideia estava surgindo na mente de Robert Hazen. Hazen era um autoproclamado físico mineral de "núcleo duro" da época, e como a maioria dos cientistas (e músicos de 20 perguntas), ele considerava o mineral uma besta totalmente separada de animal e vegetal. Mas isso logo mudaria.
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Durante a festa, o biólogo teórico Harold Morowitz perguntou a Hazen se existiam minerais argilosos durante o Hadeano - o período geológico entre 4, 6 e 4 bilhões de anos atrás, quando a Terra primitiva estava se formando. Embora uma questão básica, Hazen foi pego de surpresa. Morowitz estava essencialmente perguntando se a mineralogia que existia quando a Terra era nova, e possivelmente quando a vida se originou, era diferente do que vemos hoje.
"Nenhum mineralogista na história jamais fez uma pergunta como essa", diz Hazen. Enquanto um processo de formação de minerais deveria ser o mesmo, quer ocorresse há bilhões de anos ou na última terça-feira, Hazen percebeu que não havia razão para supor que os minerais não pudessem evoluir, assim como a vida muda com o tempo. Ele e seus colegas mostraram que a vida não surgiu isoladamente - os minerais provavelmente ajudaram ao longo do caminho. E como a vida evoluiu, criou uma miríade de nichos químicos que permitiram a formação de novos minerais.
“Nós vemos essa co-evolução interligada da geosfera e da biosfera”, diz Hazen. "A vida gera rocha, rochas geram vida." Sua equipe e outros especialistas no campo apresentam essa idéia em um novo recurso da NOVA Life's Rocky Start . Sentei-me com Hazen para conversar um pouco sobre o filme e o incrível mundo dos minerais (o seguinte foi editado por tamanho):
Conte-me um pouco sobre o filme Life's Rocky Start ?
Life's Rocky Start é a história da história de 4, 5 bilhões de anos da Terra, narrada pelos olhos de um mineralogista que passou por uma espécie de transformação. Comecei como mineralogista, pensando que a maioria dos mineralogistas faz com que os minerais sejam objetos físicos bonitos - são variados, são diversos. Mas você não pode contar a história dos minerais sem contar a história da vida. Hoje sabemos de 5.000 ou mais espécies minerais - cada uma com composição química e estrutura cristalina distintas. E desses 5.000, mais de dois terços são o resultado das mudanças que a vida fez na Terra.
Então, qual foi o primeiro mineral do universo?
Quando começamos a pensar em minerais através do tempo, surpreendentemente, ninguém havia feito essa pergunta. Isso não é incrível? Em qualquer campo, as origens são importantes - primeira vida, primeiros planetas, primeiras estrelas. Mas os mineralogistas nunca perguntaram: qual foi o primeiro mineral?
Logo após o big bang, as coisas estão muito quentes, e mesmo depois que as coisas se condensaram um pouco, foi apenas o hidrogênio e o gás hélio que compunham a maior parte do universo. Eles não formam minerais porque são gases e os minerais precisam ser cristais. A próxima coisa que o hidrogênio e o gás hélio fizeram foi condensar em grandes estrelas. As estrelas são motores do que é chamado de nucleossíntese, ou fazendo todos os elementos químicos da tabela periódica. Minerais são formados a partir desses outros elementos.
Quando depois daquela primeira estrela você poderia ter o primeiro cristal? A resposta, na verdade, está nos envelopes gasosos de estrelas muito enérgicas ou supernovas explodindo. À medida que esses envelopes gasosos se expandem e esfriam, você tem concentrações de elementos que são suficientemente altos e temperaturas baixas o suficiente para que os primeiros cristais possam se formar. Esse primeiro cristal, pensamos, era uma espécie microscópica de diamante, porque as estrelas são ricas em carbono e porque o diamante se forma à mais alta temperatura de qualquer cristal conhecido.
E os primeiros minerais da Terra?
À medida que os gases ao redor das primeiras estrelas esfriaram, pode haver uma dúzia de cristais diferentes formados pelos elementos mais comuns: silício, oxigênio, magnésio, nitrogênio. Estas foram as primeiras espécies de cristais minerais que cobriram o cosmos e formaram a poeira daquelas grandes nuvens que eventualmente formaram novos sistemas solares. Terra formada por uma daquelas nuvens.
Os primeiros planetas podem ter 400 ou 500 minerais. Então, à medida que planetas como a Terra evoluíram ao longo de um bilhão de anos, podemos ter obtido até 1.500 minerais, todos formados a partir de processos químicos e físicos puros. Além disso, não há outro processo físico ou químico concebível que conheçamos para um planeta semelhante à Terra produzir mais minerais - até que você tenha vida.
Como os minerais influenciaram o início da vida?
As superfícies minerais protegem, organizam e modelam. Eles pegam essas moléculas e as selecionam e concentram ... elas ajudam essas moléculas a reagirem para formar estruturas cada vez mais longas, como membranas celulares e polímeros. Sabemos que as moléculas simplesmente não podem se organizar dessa maneira no oceano ou na atmosfera - elas são muito diluídas, são aleatórias demais. Foram superfícies, como os minerais, que forneceram a energia e o mecanismo de concentração necessários para unir as moléculas nos principais passos para a origem da vida.
A maior questão é: como se passa de moléculas organizadas em uma superfície mineral para um conjunto de moléculas que faz cópias de si mesmo? Certamente sabemos que essa é a característica fundamental da vida, a auto-replicação, e sabemos que algum sistema inicial de moléculas deve ter descoberto esse truque. Talvez os minerais tenham guiado esse processo ou talvez tenham sido apenas um local conveniente para as moléculas se encontrarem e se organizarem, e apenas por algum evento de puro acaso, apenas o conjunto certo de moléculas se juntou e formou esse sistema de auto-reprodução.
Calcite (Cumbria, Inglaterra), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Um trilobita, das coleções do Museu de Zoolologia Comparada da Universidade de Harvard. Embora intimamente relacionados aos caranguejos-ferradura modernos, os trilobitas foram extintos há 251 milhões de anos. (Rob Tinworth) 
Goethite (Califórnia), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Flourite (Cumbria, Inglaterra), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Azurite (Arizona), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Rhodochrosite (Peru), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Malaquita (Arizona), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Labradorite (Madagascar), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Variscite (Utah), das coleções do Museu Mineralógico e Geológico da Universidade de Harvard. (Rob Tinworth) 
Robert Hazen estuda finas fatias de rocha sob um microscópio em seu laboratório na Carnegie Institution. (Doug Hamilton) 
Um dente de um mega-tubarão antigo encontrado perto da baía de Chesapeake, Maryland. (Doug Hamilton) 
Estromatólitos, estruturas sedimentares feitas por esteiras de micróbios vivos, atravessam a superfície da água em Shark Bay, na Austrália. Os estromatólitos fósseis representam algumas das mais antigas evidências conhecidas da vida na Terra. (Doug Hamilton) 
Martin Van Kranendonk e David Flannery inspecionam um estromatólito fóssil com 2, 7 bilhões de anos. (Doug Hamilton) Os minerais ainda estão evoluindo hoje?
Sim, claro que são. Estamos entrando em um período de evolução muito rápida devido às atividades humanas - o Antropoceno. Os humanos estão alterando o ambiente próximo à superfície e, quando você faz isso, cria novos nichos químicos onde os minerais podem se formar. Estamos mudando o ciclo geoquímico de praticamente todos os elementos. Nós minamos coisas, construímos coisas, mudamos coisas e construímos fábricas de produtos químicos. Uma das consequências disso é que novos minerais surgem.
Existem minerais que só ocorrem em depósitos de minas ou drenagens de minas ácidas. Existem novos minerais que só ocorrem nas madeiras dos suportes da mina. Os aterros agora têm produtos de intemperismo de telas de computador antigas e iPhones, que estão formando novos minerais de elementos de terras raras que estão apenas sendo descobertos.
Por que as pessoas deveriam se importar com minerais?
Minerais são incrivelmente maravilhosos. O filme mostra que há essa beleza estética nos minerais - uma pura magia. Eles são importantes para todas as facetas da sociedade: não teríamos tecnologia e nenhuma das conveniências da vida moderna se não fosse pelo reino mineral. É fácil esquecer isso, porque estamos isolados da mineração e do processamento e do tratamento químico desses produtos. Mas o nosso mundo moderno é facilitado por minerais. Acho que enxergar minerais nesse contexto mais rico de uma geosfera coesenvolvida e da biosfera apenas cria camadas de muito mais importância e interesse no assunto.
Para o documentário da NOVA, você filmou em todo o mundo. Qual foi o seu lugar favorito para visitar?
Eu certamente amo o Marrocos e já estive lá meia dúzia de vezes agora. Mas indo para a Austrália Ocidental - foi um privilégio estar nesta terra incrivelmente remota, incrivelmente bela, embora esparsa, desolada e perigosa de Pilbara. As rochas de 3, 5 bilhões de anos formam uma pequena ilha da antiga Terra que é essencialmente indeformada. As rochas nunca experimentaram o tipo de alteração e erosão que é conhecida por praticamente todas as rochas mais jovens.
É apenas um lugar surpreendente. É como uma peregrinação para um geólogo. Ver isso e poder compartilhá-lo com alguns especialistas do mundo é algo que qualquer geólogo daria muito para experimentar. Eu vi o afloramento primeiro e fresco através dos meus próprios olhos, mas depois aprendi com eles e pude ver através dos olhos de outros que são mais experientes. Essa foi uma experiência verdadeiramente transformadora.
O documentário Life's Rocky Start irá ao ar na quarta-feira, 13 de janeiro, às 21h, no PBS.
Aprenda sobre esta pesquisa e muito mais no Observatório Deep Carbon.
