Druhová rozmanitosť minerálov je výsledkom zložitého geologického vývoja našej planéty, resp. iných vesmírnych telies od ich vzniku po súčasnosť.
Minerály, podobne ako živé organizmy, prešli evolúciou, počas ktorej rástla ich druhová diverzita a komplexnosť v tesnej interakcii s endogénnymi a exogénnymi geologickými procesmi, ako aj s vyvíjajúcou sa hydrosférou, atmosférou a biosférou. Nárast počtu minerálov a ich evolúcia v čase nie je kontinuálna, ale prebiehala v nepravidelných skokoch, najmä v závislosti od geologických a biologických faktorov.
Prírastky k základu
Minerály sú základným stavebným materiálom našej Zeme, ako aj planét, ich mesiacov, malých planetárnych telies, komét aj meteoritov, teda všetkých tuhých látok vo vesmíre. Minerály možno definovať ako prírodné tuhé látky – chemické zlúčeniny alebo prvky, ktoré majú pravidelnú vnútornú štruktúru a navonok sa môžu vyskytovať v podobe viac alebo menej dokonalých kryštálov či ich agregátov. V súčasnosti evidujeme približne 5 600 druhov minerálov, ktoré sú oficiálne uznané Komisiou pre nové minerály, nomenklatúru a klasifikáciu v rámci Medzinárodnej mineralogickej asociácie. Uvedený počet minerálnych druhov však nie je určite konečný, pretože vedci každý rok opíšu približne 100 nových minerálov. Napriek tomu je druhová rozmanitosť (diverzita) minerálov rádovo oveľa nižšia v porovnaní s miliónmi druhov známych a ešte neopísaných organizmov na Zemi.
Druhová rozmanitosť organizmov je výsledkom ich evolúcie, teda dlhodobého vývoja, keď sa život postupne vyvíjal od najprimitívnejších a najjednoduchších druhov k čoraz vyvinutejším, zložitejším a druhovo rozmanitejším organizmom vrátane človeka. Evolúcia rastlín, živočíchov a ďalších foriem živej hmoty počas geologickej histórie Zeme patrí medzi základné piliere biologických vied už od čias Charlesa Darwina, zakladateľa evolučnej biológie v polovici 19. storočia. Mineralógovia podrobne skúmali a skúmajú najmä štruktúrne, chemické a fyzikálne vlastnosti minerálov, ich stabilitu, genézu, ako aj rozpad pri rôznych teplotách a tlakoch, v závislosti od dostupných laboratórnych metód, resp. ich využitie v praxi. No len pred niečo vyše desiatimi rokmi skupina mineralógov pod vedením prof. Roberta Hazena z Carnegieho inštitútu pre vedu vo Washingtone, D. C., začala systematicky skúmať a formulovať zákonitosti vzniku, vývoja a diverzity minerálnych druhov počas vývoja Zeme v interakcii s geologickými procesmi a vývojom organizmov, teda evolúciu minerálov.
Prvenstvo diamantu
Ktoré minerály sú najstaršie? Kedy vznikli jednotlivé minerály? Na tieto otázky nie sú jednoduché a jednoznačné odpovede, pretože veľkú väčšinu minerálnych druhov dosiaľ nedokážeme priamo datovať (napr. pomocou rozpadu rádioaktívnych izotopov), ale pomáhajú nám vedecké výsledky aj z iných geologických vied – historickej geológie, stratigrafie a paleontológie – a astronómie. Na základe štruktúrnych a fyzikálnych vlastností, ako aj výskytu vo vesmíre možno predpokladať, že najstarším minerálom je diamant, ktorý kondenzoval v zónach raného vesmíru obohatených uhlíkom pri teplotách pod približne 3 700 °C, nasledovaný grafitom, ďalšou formou prírodného uhlíka, od teploty pod 3 200 °C. Pri podobných, relatívne vysokých teplotách vznikali aj ďalšie najstaršie minerály vo vesmíre: karbidy moissanit SiC, cohenit Fe3C, khamrabaevit TiC, ako aj karbidy Mo a Zr.
Všetky tieto na uhlík bohaté najstaršie minerály vznikali v dôsledku záverečných dramatických štádií vývoja hviezd, keď v dôsledku ich explózií došlo k nahromadeniu uhlíka a ďalších relatívne ťažkých prvkov v horúcich molekulárnych mrakoch v rámci hmoty, ktorá bola vymrštená vybuchujúcou hviezdou. V dôsledku ďalšej kondenzácie týchto hustejších častí hmoty pôvodných hviezd sa tvorili ďalšie zlúčeniny najmä ľahkých prvkov (napr. H2O, CO, CO2, CH4, NH3), ktoré mohli pri nízkych teplotách kondenzovať na kryštalické tuhé látky – minerály. Pri finálnych štádiách termonukleárnych reakcií najmä hmotnejších hviezd, ktoré vybuchovali ako supernovy, došlo k vzniku ďalších minerálov, ktoré označujeme ako presolárne, teda staršie ako Slnko a naša planetárna sústava. Patrí k nim prírodné železo s prímesou niklu, osbornit (TiN), nierit (Si3N4), rutil (TiO2), korund (Al2O3), spinel (MgAl2O4), hibonit (CaAl12O19), bridgmanit (MgSiO3) a forsterit (Mg2SiO4). Všetky uvedené najstaršie minerály majú teda viac ako približne 4,6 miliardy rokov, čo predstavuje vznik našej slnečnej sústavy, a boli zistené v podobe veľmi drobných nano- až mikročastíc a kryštálov v časticiach medzihviezdnej hmoty, ktorá dopadá na Zem samostatne alebo býva uzavretá v meteoritoch.
Zirkón – dieťa Zeme
Vznik našej Zeme ako pevného telesa pred 4,567 miliardy rokov odštartoval tvorbu ďalších druhov minerálov, ktoré vznikali v dôsledku prvotných magmatických a metamorfných procesov. Podobne sa tvorili minerály aj v ďalších telesách našej slnečnej sústavy. Najmä prvých zhruba 500 miliónov rokov od jej vzniku dochádzalo k intenzívnym vzájomným zrážkam ranej Zeme a ďalších pevných telies. V prípade našej planéty hovoríme o etape hustého bombardovania, keď pravdepodobnou kolíziou s telesom veľkosti Marsu sa oddelila hmota, z ktorej vznikol Mesiac. Z tohto najranejšieho obdobia (4,56 − 4,55 miliardy rokov) máme zatiaľ zachované minerály len z meteoritov. Kým z najstarších a geochemicky najprimitívnejších meteoritov (chondritov) je známych vyše 60 minerálnych druhov, medzi pokročilejšími achondritmi tento počet stúpa na cca 250 druhov. Najstarším datovaným minerálom, ktorý dokázateľne vznikol na Zemi, je zirkón (ZrSiO4) z oblasti Jack Hills v Západnej Austrálii. Jeho vek bol na základe rádioaktívneho rozpadu izotopov uránu stanovený na približne 4,4 miliardy rokov, teda menej ako 100 miliónov rokov po samotnom vzniku Zeme.
Pôvodná, pravdepodobne magmatická hornina, v ktorej uvedený zirkón kryštalizoval, sa však už nezachovala. No po jej zvetraní sa malá časť tvrdých a odolných kryštálov zirkónu počas dlhotrvajúcich geologických procesov nezničila a dostala sa do mladších sedimentárnych a neskôr metamorfovaných hornín. Najstaršou doteraz bezpečne zistenou horninou, ktorej zirkóny kryštalizovali priamo v nej, sú tonalitické ruly v oblasti Acasta v severozápadnej Kanade. Vek týchto zirkónov bol stanovený na 4,03 miliardy rokov. Samozrejme, okrem zirkónu kryštalizovali už v najstaršom období geologickej histórie Zeme, označovanej ako hadeán (4,567 až 4,0 miliardy rokov), mnohé ďalšie minerály. Odhadujeme, že v dôsledku prvotných magmatických, metamorfných a sedimentárnych procesov, čiastočne už za prítomnosti tekutej vody, sa na ranej Zemi počas hadeánu mohlo vytvoriť asi 350 až 500 druhov minerálov. Evolúcia minerálov tak pokročila k značnej diverzite druhov, pričom sa už tvorili aj štruktúrne zložitejšie minerály obsahujúce hydroxylovú skupinu a vodu, napr. hydroxylapatit, amfiboly, sľudy, neskôr aj zeolity a ílové minerály.
Text a foto prof. RNDr. Pavel Uher, CSc.
Katedra mineralógie a petrológie
Prírodovedecká fakulta
Univerzita Komenského v Bratislave
