Minerali, minerali... koliko ih ima?

Jesu li minerali živi? Moglo bi se reći da jesu jer za evoluciju minerala vrijede slični zakoni kao i za evoluciju biljnih i životinjskih vrsta – kažu rezultati najnovijih znanstvenih istraživanja

Nenad Raos subota, 3. prosinca 2022. u 06:00

Kada sam se kao kemičar upustio u proučavanje mineralogije osjećao sam se kao da sam došao u stranu zemlju: standardni sam jezik učio i naučio, ali nikako da se snađem u dijalektima i slengovima. Minerali imaju, istina, kemijsku formulu, ali to nije kemijska formula koju je kemičar navikao gledati u svojim jednadžbama i na svojim bočicama. Štoviše, minerali se ne razlikuju samo po kemijskoj formuli, po kemijskom sastavu. Pirit i markazit imaju istu formulu, FeS2, no različito kristaliziraju. Pod imenima rutil i anatas krije se titanijev dioksid (TiO2), kristaliziran u istom, tetragonskom sustavu, pa opet su to dva minerala! Nasuprot tome, akantit (Ag2S), bilo da kristalizira u kubičnom ili monoklinskom sustavu smatra se istim mineralom. Tko da se u svemu tome snađe!

Zbrka postaje sve veća zahvaljujući sve boljim analitičkim metodama koje uspijevaju odrediti ne samo kemijski sastav nego i način kristalizacije (kristalne paramere) i najsitnijih zrnaca minerala u stijenama. Rezultat toga je da je do unazad godine dana (točnije, do 23. 11. 2021.) registrirano 5762 vrsta minerala, s time da ih, procjenjuje se, još 3700 treba otkriti (ako izuzmemo one koji postoje na drugim, Zemlji sličnim planetima – njih bi moglo biti 15.000).

Kad je tako kako jest, kad su znanstvenici suočeni s tako velikim brojem koliko sličnih toliko i različitih tvari u prirodi, pokazuje se potreba za boljim klasifikacijama, no – što je još važnije – za novim teorijama. Postoje, razumije se, tumačenja postanka pojedinih vrsta minerala iz čega slijedi zaključak gdje ih se može pronaći, no postoji li opća teorija mineralogije, nešto poput Darwinove teorije u biologiji?

Kao što je pronalazak neobičnih, egzotičnih vrsta životinja na Galapagosu potaklo Darwina da postavi teoriju evolucije, tako je i otkriće rijetkih minerala (onih koji se pojavljuju na nekoliko, a često i na samo jednom lokalitetu) navelo geologe da malo dublje razmisle o njihovom postanku. O tome govori i nedavno objavljen članak (u časopisu The Canadian Mineralogist) četvorice europskih znanstvenika, među kojima je i naš mladi geolog Marko Bermanec, „The taxonomy of mineral occurrence rarity and endemicity“.

Ukratko: kao što postoji ekologija u biologiji, tako postoji i ekologija u mineralogiji. Osebujni uvjeti stvaraju osebujne minerale kao što stvaraju i osebujne vrste živih bića. Razlika je međutim u tome što osebujne, rijetke vrste živih bića izumiru, a rijetki minerali ne. Oni su samo rijetki. Koliko rijetki? Na to daje odgovor navedeni znanstveni rad: u skupini rijetkih minerala (RR), onih koji su pronađeni na 2 – 4 lokacije, ima 1473 mineralnih vrsta, dok ih endemskih  (RE), dakle pronađenih samo na jednom mjestu, ima čak 1232. Nasuprot tome, minerala koji su pronađeni na više od 70 lokacija (U) ima samo 701 (od ukupno 5762 registriranih). Ili, malo drugačije, samo 100 minerala čini 99% mase Zemljine kore.

U traženju uzroka zašto su neki minerali rijetki, a drugi česti možemo se povesti za biologijom. Što ima više raspoloživih izvora hrane, to će biti više jedinki i više vrsta. U rudnom carstvu to pak znači da će rasprostranjeniji kemijski elementi i oni koji se lako spajaju s drugim elementima, prije svega s kisikom, sumporom i klorom, graditi više minerala, koji će se opet nalaziti na više lokacija. U toni Zemljine kore ima u prosjeku samo miligram rodija: rodplumzit (Rh3Pb2S2) je pronađen samo na jednom mjestu – u grumenima samorodne platine kao 0,04 mm velike nakupine kristala.

Ovisnost broja minerala prema rasprostranjenosti elemenata - normalizirano prema kisiku
Ovisnost broja minerala prema rasprostranjenosti elemenata - normalizirano prema kisiku

No to nije jedini zaključak iz spomenutog rada. U njemu objavljeni rezultati podupiru teoriju ruskog mineraloga Urusova, postaljenu  2007. godine, da minerali evoluiraju gubeći simetriju. Drugim riječima, od čestih minerala nastaju oni rijetki i pri tome gube elemente simetrije. Logično? Pa da, jer prema drugom zakonu termodinamike (zakon entropije) spontani procesi teže neredu. No gledamo li s (pseudo)biološke strane, vidimo da svaki mineral nastoji da dade što više potomaka, a pri stvaranju potomaka gubi simetriju – no ipak tako da gubitak simetrije bude što je moguće manji.

I evo rezultata: u skupni sveprisutnih minerala (U) ima 13,2 % minerala najviše, kubične (isometric) simetrije, što je dvostruko više nego u skupini endemskih minerala (RE), gdje ih ima 7,3 %. Nasuprot tome, minerala najniže simetrije, onih triklinskog sustava, ima u skupini RE 14,0 %, a u skupini U samo 6,8 %.

Nekoć su kristale smatrali živima jer se (na svoj način) hrane, rastu i razmnožavaju. No pustimo sad stare priče: ovo nam istraživanje otkriva evoluciju i njezine zakone tako gdje bismo ih najmanje očekivali. 

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Ove mu godine izlazi još jedna, „Kemija – muza arhitekture“, koju je napisao u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.