NGV-Geonieuws 155 artikel 999

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


22 December 2008, jaargang 10 nr. 12 artikel 999

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 155! Op de huidige pagina is alleen artikel 999 te lezen.

<< Vorig artikel: 998 | Volgend artikel: 1000 >>

999 Ook mineralenrijk vertoont evolutie
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Mineralen !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Dat het leven op aarde geleidelijk is geŰvolueerd, wordt alleen nog maar bestreden door een handjevol mensen (de Creationisten) die weigeren om naar onweerlegbare feiten te kijken als die niet met hun (gewoonlijk godsdienstige) overtuiging stroken. Er zullen daarentegen maar weinig mensen zijn met de overtuiging dat ook het rijk van de mineralen in de loop der tijd is geŰvolueerd. Toch blijkt dat het geval te zijn, zoals blijkt uit een analyse van het voorkomen van de verschillende mineralen in de loop der tijd.

Een team van acht Amerikaanse en Canadese onderzoekers zijn nagegaan, onder meer op basis van de fysische, chemische en biologische processen die in onze wereld een rol spelen, waarbij de processen onderling van plaats blijken te kunnen wisselen waar het gaat om hun invloed op het ontstaan van nieuwe mineralen. Dat er in de loop der tijd steeds meer nieuwe mineralen zijn ontstaan, staat buiten kijf: in het interstellaire stof dat al voor het ontstaan van de aarde bestond, moeten ongeveer tien verschillende mineralen aanwezig zijn geweest. Nu zijn er op aarde ongeveer 4300 bekend. Het is in dit verband interessant dat op theoretische gronden mag worden aangenomen dat de overige planeten in ons zonnestelsel veel minder verschillende mineralen bevatten; deze veronderstelling wordt ook ondersteund door de - overigens vergelijkenderwijs zeer weinige - daadwerkelijke gegevens die we over onze zusterplaneten hebben.

Hazen en zijn medeauteurs onderscheiden tien belangrijke fasen in de evolutie van het mineralenrijk. Voor ons zonnestelsel werd gevormd, waren alle chemische elementen al in de interstellaire ruimte aanwezig, maar hun concentratie was zo gering en de temperatuur was zo laag dat er geen mineralen konden ontstaan. Daarmee werd een - voorzichtig - begin gemaakt toen ons zonnestelsel zich begon te vormen; er moeten destijds omstreeks tien 'oermineralen' zijn ontstaan (waarvan diopsied, een magnesium/aluminium-spinel die vaak vergroeid met diopsied moet zijn voorgekomen, anorthiet, perovkiet, en fassaiet nu bekende vertegenwoordiger vormen). Toen de gassen en de deeltjes uit de interplanetaire ruimte zich begonnen te verdichten, konden kleine vaste brokstukken ontstaan (fase 1), waarvan astero´den en sommige meteorieten (chondrieten) nog de sporen vormen. Dat leverde nieuwe fysische omstandigheden op waardoor het aantal mineralen zich met omstreeks 60 nieuwe soorten kon uitbreiden. Door opsmelting kregen sommige astero´den relatief snel een kern en een stenige mantel, waardoor achondrieten konden ontstaan (fase 2).


Fase 1: Chondrieten zijn ouder dan 4,56 miljard
jaar en bevatten de ca. 60 verschillende
mineralen die destijds bestonden.


Fase 2: De astero´de Ida; smelten van astero´den
leverde differentatie in metallische kernen en
stenige mantels op, waardoor achondrieten (ouder
dan 4,55 miljard jaar) konden ontstaan (foto NASA).


Pas toen grote hemellichamen zoals de zon en de planeten door samenballing waren gevormd, kwamen er in ons zonnestelsel plaatsen voor met dermate hoge temperatuur en druk dat er veel meer verschillende mineralen konden ontstaan door uitkristallisatie van lavastromen en van de magmazeeŰn zoals die op aarde gedurende het Hade´cum aanwezig waren (fase 3). Zeker op de planeten waarop in het begin vulkanisme voorkwam en ook vloeibaar water aanwezig was, konden enkele honderden verschillende mineralen ontstaan. Door erosie ontstonden de eerste sedimenten, en door opsmelting van basalt en sedimenten ontstond magma waaruit granito´den konden uitkristalliseren (fase 4)De onderzoekers menen daarom dat op Mars en Venus - planeten die dit stadium van ontwikkeling in een ver verleden hebben bereikt - zeker zoĹn 500 mineralen in de gesteenten op en nabij het oppervlak moeten voorkomen.


Fase 3: Uit de magmazeeŰn en bij vulkanische
uitbarstingen op aarde ontstonden tijdens
het Hade´cum (4,55-4,0 miljard jaar geleden)
veel nieuwe mineralen.


Fase 4: Door opsmelting van basalt en de
vroegste sedimenten ontstonden 4-3,5 miljard
jaar geleden granito´den met hun eigen
mineralogische samenstelling
(foto Christian Marcel).


In ons zonnestelsel bereikte alleen de aarde een volgende fase. Dat was vooral te danken aan de schollentektoniek, waarbij zowel bij botsende lithosfeerschollen als bij diep door subductie wegduikende schollen (fase 5) milieus ontstonden met voorheen op aarde onbekende fysische en chemische eigenschappen. Daardoor kon een grote variŰteit aan mineralen ontstaan: het moeten er toen al meer dan duizend zijn geweest.


Fase 5: Al bij de vroegste schollentektoniek (aanzienlijk meer
dan 3 miljard jaar geleden) werden gesteenten uit de aardkorst
in grote hoeveelheden omgezet (figuur Robert Hazen).

Van nog veel groter belang was echter het ontstaan van het leven, ongeveer 4 miljard jaar geleden. Aanvankelijk was er sprake van relatief geringe bioactiviteit vanwege het vrijwel volledige gebrek aan zuurstof in de atmosfeer (en dus ook de zee), waardoor typische gesteenten zoals de gebande ijzerformaties konden ontstaan (fase 6) Het leven zorgde, door fotosynthese van microscopisch kleine algen, voor een zuurstofrijke atmosfeer (fase 7).



Fase 6: Gebande ijzerformaties konden ontstaan
doordat de atmosfeer en oceanen vrijwel geen
zuurstof bevatten (3,9-2,5 miljard jaar geleden)
(foto Robert Buchwaldt).


fase-7: CyanobacteriŰn droegen 2,5-1,9 miljard
jaar geleden in sterke mate bij aan het ontstaan
van een zuurstofrijke atmosfeer.


Het leven in de oceaan was echter minstens zo belangrijk voor de evolutie van het mineralenrijk doordat het de chemische samenstelling van de oceaan veranderde (fase 8), waarschijnlijk vooral als gevolg van de grootschalige reductie van sulfiden door microorganismen. Zo zorgde de grote variŰteit aan planten en microorganismen voor het ontstaan van kleimineralen, en zorgden vooral in zee levende dieren zoals schelpdieren en koralen voor het ontstaan van dikke pakketten carbonaten die op een levenloze aarde uiterst zeldzaam zouden zijn geweest. De ontwikkeling van het leven in zee ging echter niet zonder slag of stoot: aan het einde van het Precambrium (1 miljard tot 570 miljoen jaar geleden) traden grote schommelingen op in het klimaat, waarbij de aarde volgens sommige onderzoekers zelf minimaal twee- maar wellicht zelfs viermaal geheel of grotendeels met ijs was bedekt (Sneeuwbal Aarde: fase 9).


Fase 8: De samenstelling van de oceaan
veranderde 1,9-1,0 miljard jaar sterk,
waarschijnlijk door biologische activiteit.


Fase 9: Sneeuwbal Aarde (750-570
miljoen jaar geleden) trad gelijk-
tijdig op met sterke veranderingen
in de aardatmosfeer, waardoor de
basis werd gelegd voor een toe-
nemende verweringssnelheid.


De veranderingen in de atmosfeer droegen mogelijk bij aan de ontwikkeling van de merkwaardige Ediacara-fauna, maar was mineralogisch vooral van belang doordat vanaf het begin van het Fanerozo´cum gesteenten relatief snel konden verweren, waarbij voordien onbekende oxiden werden gevormd. Vooral toen het land werd veroverd en zich uitgestrekte bossen gingen ontwikkelen (fase 10) werd verwering een belangrijke factor in de vorming van mineralen


Fase 10: Sinds het begin van het Fanerozo´cum (542 miljoen jaar geleden),
maar vooral sinds bossen de continenten bedekken is de verwering van de
aardkorst snel toegenomen en zijn veel nieuwe oxiden ontstaan.

Uit deze analyse blijkt dat niet alleen het aantal mineralen bij iedere nieuwe ontwikkelingsfase van de aarde verder toenam, maar dat onder nieuwe omstandigheden ook zeer grote hoeveelheden van sommige nieuwe mineralen konden worden gevormd (zoals de diverse kleimineralen, maar ook mineralen zoals calciet, aragoniet en dolomiet). Daardoor veranderde het relatieve belang van bepaalde mineraalgroepen voortdurend. Al deze karakteristieken zijn typerend voor evolutionaire ontwikkelingen. We danken er nu prachtige verzamelobjecten aan.


De aarde kent nu een ontzagwekkende hoeveelheid verschillende mineralen, waarvan
diverse soorten fraai oplichten bij fluorescerend licht (foto Hannes Grobe).

Referenties:
  • Hazen, R.M., Papineau, D., Bleeker, W., Downs, R.T., Ferry, J.M., McCoy, T.J., Sverjensky, D.A. & Yang H., 2008. Mineral evolution. American Mineralogist 93, p. 1693-1720.


Copyright ę NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl