Texto original: Roberta Kwok, How Life and Luck Changed Earth’s Minerals, quantamagazine.org, August 11, 2015 - Trad. cast. de Andrés Salvador
GEOFÍSICA
Cómo la vida y la suerte cambiaron los minerales de la Tierra
Es la geología predecible, o es la composición mineral de la Tierra debido a eventos fortuitos? Las respuestas podrían eventualmente ayudar a los científicos a identificar planetas que podrían albergar vida.
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| El relieve de Danxia en Zhangye, China. Ratnakorn Piyasirisorost - Crédito: quantamagazine.org |
Por: Roberta Kwok
Es la evolución predecible, o fue en gran medida conformada por eventos al azar? Los biólogos han argüido sobre esta cuestión por décadas. Algunos han sugerido que si se repite [=replayed] la historia de la vida en nuestro planeta, las especies resultantes serían diferentes. Opositores responden que la vida es en gran parte determinista.
Recientemente, los investigadores han comenzado a hacer las mismas preguntas sobre las rocas. Cerca de 5,000 minerales - sustancias cristalinas como el cuarzo, zircón y diamante - han sido encontrados en la Tierra. Pero minerales no aparecen todos a la vez, cuando la Tierra se formó. Se materializaron con el tiempo, cada cristal surge en respuesta a las condiciones de la época particular en la que se formó. Los minerales evolucionaron - en algunos casos, en respuesta a la vida. Y así los geólogos se dejan preguntar: Son los minerales de hoy una consecuencia predecible de la composición química del planeta? O son el resultado de eventos fortuitos [=chance]? Qué pasaría si tuviéramos que mirar al cosmos y encontrar [=spot] otro planeta similar a la Tierra - esperaríamos que sus piedras preciosas coincidan con la nuestras, o brillarían con un lustre nunca antes visto?
Robert Hazen, un físico de minerales en la Carnegie Institution del Washington Geophysical Laboratory, y sus colegas están publicando una serie de cuatro papers este año que revela una amplio entendimiento en si la geología es una cuestión de suerte. Los minerales en la Tierra pueden de hecho haber sido guiadas por algunas reglas deterministas que podrían aplicarse a otros mundos también, encontraron. Pero nuestro planeta está lleno con minerales extremadamente raros, lo que sugiere que las casualidades [=chance] también juegan una parte importante.
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| Robert Hazen está seguiendo cómo la existencia de vida cambió la composición de los minerales de la Tierra. Evan Cantwell - Crédito: quanta- magazine.org |
Además, si encontramos un gemelo como-la-Tierra en otras partes en el universo, muchos minerales comunes probablemente serían los mismos - pero ese planeta probablemente también tendría muchos minerales diferente a cualquiera que existe aquí.
Los hallazgos no son sólo una cuestión de curiosidad. Algunos minerales pueden haber ayudado tempranamente que emerjan organismos. Y entendiendo que minerales podrían haberse formado en planetas como la Tierra puede ayudar a los científicos a predecir mejor qué mundos son más probables que alberguen vida. A la inversa, algunos minerales surgen sólo en la presencia de organismos. Por lo que encontrar patrones en la distribución de minerales de la Tierra podría ayudar a los científicos a identificar una firma minerológica para la vida, que ellos podrían entonces buscar en otros planetas.
Tiempo y suerte [=chance]
Tradicionalmente, la mineralogía ha estado dominada por el análisis de las estructuras y formación de minerales individuales. Pero en un estudio de 2008 en American Mineralogist, Hazen y sus colegas tomaron una visión más histórica. Los investigadores evaluaron los minerales conocidos de la Tierra y trataron de figurarse cuando las condiciones eran adecuadas para su formación. El equipo concluyó que cerca de dos tercios de los minerales de la Tierra no habrían emergido hasta que la vida estuvo presente.
Por ejemplo, los primeros microorganismos sembraron la atmósfera con oxígeno, que interactuó con minerales existentes para producir nuevos. El así llamado Evento de la Gran Oxigenación [=Great Oxygenation Event] "fue un gran cambio de juego," dijo Hazen. "Abre la puerta a literalmente miles de nuevos minerales."
Hazen y sus colaboradores luego se dispusieron a investigar el papel que la suerte [=chance] jugó en la formación mineral. En primer lugar, los investigadores estudiaron la relación entre la diversidad de minerales y la abundancia de elementos individuales en la corteza Terrestre. Encontraron que más abundante el elemento, más minerales se formaron, una relación que fue publicado el mes pasado en The Canadian Mineralogist. A continuación realizaron el mismo ejercicio con minerales de la Luna. Una relación similar se sostuvo, a pesar de que el número de minerales conocidos allí es mucho menor. Esta tendencia común sugiere un elemento de determinismo: Teniendo en cuenta las condiciones químicos de partida, se podría predecir, hasta cierto punto, que minerales se formarían.
El equipo encontró valores atípicos [=outliers], sin embargo. Por ejemplo, el elemento rubidio forma menos minerales de lo que se esperaba, dada su abundancia. Sin embargo, el equipo de Hazen cree que hay razones químicas para las discrepancias. El rubidio es frecuentemente sustituido por el potasio en minerales y por lo tanto obtiene "agotado" [=used up] en minerales dominados por el potasio existentes. Mientras tanto, algunos elementos como el cobre forma más minerales de lo esperado, porque tiene varios estados químicos que le permiten combinarse con otros átomos de múltiples maneras. Estos resultados siguen apoyando la idea del determinismo, dijo el co-autor Ed Grew, un petrólogo en la University of Maine, ya que "podemos explicar por qué no están obedeciendo las reglas."
Peter Heaney, un mineralogista en Penn State, University Park, señala que la correlación para los minerales de la Tierra es bastante débil. Pero dice que las razones dadas por los valores atípicos tienen sentido. "Lo que creo que es realmente importante es hacer estas preguntas [de Hazen] y hacernos pensar sobre la diversificación mineral de una manera que nadie ha hecho antes," dijo Heaney, quien no participó en el estudio.
El equipo de Hazen también encontró evidencias para el rol de la casualidad [=chance]. Los investigadores utilizaron una base de datos de multitud de fuentes para recuperar más de 650,000 observaciones minerales en lugares específicos de todo el mundo. Veintidós por ciento de todos los minerales se reportó en un solo lugar, y el 12 por ciento fueron encontrados en sólo dos lugares. La presencia de tantos "onesies y twosies" sugiere que el azar [=randomness] juega un papel, dijo Chris McKay, astrobiólogo del NASA Ames Research Center en Moffett Field, California, que no participó en el estudio. "Ese es el sello distintivo de eventos fortuitos [=chance]." Estos minerales raros pueden aparecer sólo en circunstancias fortuitas [=fortuitous], como un ensamble inusual de rocas que concentra elementos juntos. "Sería como si tiraste juntos un lío de los ingredientes y cocinado por arriba, y llegue a ser un plato culinario premiado," dijo Grew.
Y así que pasaría si se repite la historia de la Tierra? Hay alrededor de 15,300 maneras plausibles de combinar elementos producidos naturalmente en minerales únicos, estiman los investigadores. En una repetición de la Tierra, dicen, al menos una cuarta parte de los cerca de 5,000 minerales del planeta saldrían diferentes.
Además, las posibilidades [=chance] de que otro planeta tenga exactamente el mismo conjunto de minerales como la Tierra es de menos de 1 en 10300, reportaron los investigadores en un paper que será publicado el próximo mes en Earth & Planetary Science Letters. En otras palabras, la composición mineral precisa de nuestro planeta es poco probable que se encuentre en ningún otro lugar en el universo .
Comienzo rocoso de la vida
La vida agrega otro comodín. En tempranos trabajos de Hazen y otros científicos mostraron que los minerales y la vida probable coevolucionan. Los minerales pueden haberse empujado [=prodded] a lo largo de la vida por catalizar reacciones que producen biomoléculas, por ejemplo. Y la vida ciertamente cambió la biosfera en formas que afectan cómo se forman los minerales. "El origen de la vida depende de los minerales, pero el origen de los minerales depende de la vida," dijo Hazen.
Debido a esta relación, la presencia o ausencia de ciertos minerales en planetas distantes podrían afectar a la posibilidad [=chance] de que el planeta albergue vida detectable. Por ejemplo, los astrónomos saben que algunas estrellas tienen diferentes proporciones de los elementos que los que el Sol hace. La composición química de la estrella afecta a la abundancia de los elementos en los planetas que la orbitan, y por lo tanto, que minerales podrían formarse. Esos minerales a su vez pueden influir en procesos geológicos, en las posibilidades [=chance] de vida emergentes y si signos de vida serían visibles. Si los científicos pueden factorizar la probabilidad de varios minerales en sus modelos, ellos podrían ser capaces de elegir con mayor precisión los planetas más prometedores a estudiar. "Es un juego de estadísticas," dijo Patrick Young, un astrofísico teórico de la Arizona State University, Tempe.
Pero que minerales se necesitan para la vida, si los hubiere, sigue siendo turbia. Stephen Freeland, biólogo evolutivo de la University of Maryland, Baltimore County, señala el ejemplo del elemento fósforo. No es abundante, pero es critico para la vida en la Tierra. Hizo mineral recoger y concentrar el elemento, permitiendo de este modo a la vida incorporarlo? "Los minerales, en un sentido, son formas de sacar orden del caos," dijo Freeland. Pero, añade, "todo esto está nadando en un mar de incógnitas."
Si la vida sólo requiere minerales comunes para formarse, esos minerales probablemente estaran disponibles en otro planeta similar a la Tierra. Sin embargo, si la vida depende de los minerales raros, entonces las posibilidades [=chance] de su emergencia podrían ser impredecibles [=dicier]. Las diferencias mineralógicas entre planetas podrían ser "sólo de interés académico, o podría significar que tienen diferencias en mineralogía que son profundas," dijo McKay.
El equipo de Hazen está trabajando ahora para determinar qué minerales caracterizan a los planetas como la Tierra. Hazen piensa que la presencia de muchos minerales raros podría indicar que la vida emergió. Por ejemplo, las interacciones de diferentes tipos de microbios con el suelo crean muchos "microambientes" [=microenvironments] especializados donde nuevos minerales pueden formarse. Y los minerales podrían dejar una huella más duradera que detritus celulares.
El equipo de Hazen también ha hecho predicciones sobre los minerales de la Tierra. Los investigadores encontraron que la distribución de minerales - algunos de las más comunes y muchos raros - se asemeja a la distribución de las palabras en un texto. Unas pocas palabras como una a aparecen frecuentemente, pero muchas palabras aparecen sólo esporádicamente. El equipo podría por ello utilizar modelos empleados por lingüistas para analizar sus datos en minerales y extrapolar cuantos minerales no descubiertos podrian existir en la Tierra. Al menos 6,394 minerales están presentes, lo que significa que alrededor de 1,500 nuevos podrían encontrarse con las técnicas actuales de búsqueda, los investigadores estiman en un paper publicado en junio en Mathematical Geosciences.
Muchos de estos "minerales perdidos" probablemente escaparon a la atención porque tienen colores apagados o son inestables, señala el equipo en un paper programado para ser publicado en Octubre en American Mineralogist. Pero Hazen espera cazar algunos. Por ejemplo, los minerales de sodio tienden a ser blancos o gris y pueden ser encontrados en el Lake Natron en Tanzania, que contiene grandes depósitos de minerales blancos.
Encontrar los minerales perdidos probablemente no sumará a nuestra comprensión de cómo emergió la vida. "Dudo que vamos a encontrar algun mineral que sea la pistola humeante [=smoking gun: una pieza de evidencia incriminante incontrovertible] para el origen de la vida," dijo Hazen. Pero el trabajo podría ayudar a los científicos a hacer predicciones firmes sobre que nuevos minerales pueden existir, en lugar de dejar su descubrimiento al azar [=chance].
Nota Traducción castellana de Andrés Salvador (Sujeta a revisión). Las notas entre corchetes y subrayados son del traductor.
Fuente Roberta Kwok, How Life and Luck Changed Earth’s Minerals, quantamagazine.org, August 11, 2015 - Trad. cast. de Andrés Salvador
