Bildung irdischer Minerale entschlüsselt – 57 “Grundrezepte” und 10.500 Kombinationen machen Mineralvielfalt der Erde einzigartig

Pressés, choqués, cuits ou fabriqués par des êtres vivants : les près de 6 000 minéraux terrestres peuvent être retracés en 57 « recettes de base » différentes et plus de 10 500 variantes pédagogiques. Cela a abouti au premier catalogage complet de la formation minérale sur notre planète. Elle révèle que les diamants, par exemple, peuvent se former de neuf manières différentes, et il y a même 21 manières dans le cas de la pyrite “l’or des fous”. Environ 80 % des minéraux se sont également formés sous l’influence de l’eau, et la biologie a joué un rôle dans environ 50 %.

La terre possède une variété de minéraux unique dans le système solaire : près de 5 800 minéraux ont été officiellement nommés et décrits à ce jour, et au moins 1 500 autres pourraient encore attendre d’être découverts. Beaucoup de ces composés cristallins sont extrêmement rares et ne se trouvent qu’à un seul endroit sur terre. D’autres sont omniprésents et, en tant que minéraux formant des roches, ont façonné l’apparence et l’évolution de notre planète.

Alors que l’ancienne classification des minéraux ne tenait compte que de la chimie et de la structure cristalline, la nouvelle vision différencie également selon les parcours scolaires. Un tel béryl peut, par exemple, se présenter de différentes manières. © ARKENSTONE/ Rob Lavinsky

57 recettes de base, plus de 10 500 variantes

Mais comment, où et quand tous ces minéraux sont-ils apparus ? Cette question est maintenant résolue pour la première fois par un catalogage complet des voies de formation de tous les minéraux connus. “Personne ne s’est attaqué à cette énorme tâche auparavant”, déclare l’auteur principal Robert Hazen de la Carnegie Institution for Science à Washington DC. Avec sa collègue Shaunna Morrison, il a passé les 15 dernières années à étudier comment les quelque 5 800 minéraux terrestres connus peuvent se former.

“Ce travail change fondamentalement notre vision de la diversité minérale de la planète”, déclare Hazen. Parce que de nombreux minéraux peuvent non seulement se former d’une seule manière, mais à travers plusieurs processus différents. Si vous tenez compte de ces différentes possibilités de formation en plus de la structure cristalline et de la composition chimique, il existe jusqu’à 10 556 formes minérales différentes, ou modes minéraux paragénétiques, comme les chercheurs l’appellent. “Chaque spécimen minéral a sa propre histoire, et chacun est une fenêtre sur le passé de la Terre”, explique Hazen.

Patrick Cordier de l’Université de Lille en France commente : « Hazen et ses collègues ont fondamentalement changé la façon dont les minéraux sont perçus. Les minéraux deviennent aujourd’hui des témoins et des repères dans la longue histoire de la matière.

L’eau et la biologie comme forces formatrices

Plus précisément, Hazen et Morrison ont identifié 57 “recettes de base” différentes par lesquelles la nature peut créer des minéraux. « Par exemple, plus de 80 % de tous les minéraux sur terre se forment sous l’influence de l’eau. Cet élément est donc crucial pour la richesse minérale de notre planète », explique Hazen. “En même temps, cela explique pourquoi Mercure, la Lune et Mars ont beaucoup moins de problèmes miniers que la Terre.” Au moins 4 583 minéraux doivent leur formation à l’interaction de l’eau et de la roche.

Environ 50 % de tous les minéraux connus sont directement ou indirectement liés à des processus biologiques. 1 900 minéraux – 34 % – ne peuvent être formés que biologiquement, y compris les composants cristallins des coquilles, des os et des dents, mais aussi des minéraux issus de matières organiques cristallisées telles que le schiste bitumineux, le charbon ou le guano. D’autres formes cristallines doivent leur formation à l’oxygène libéré dans l’atmosphère par les premières algues.

calcite
La calcite est un exemple classique de minéraux formés grâce à la participation de l’eau. © ARKENSTONE/ Rob Lavinsky

Plus de 600 minéraux artificiels

Ce groupe de minéraux comprend également 603 variantes qui n’existeraient pas sans nous, les humains. 264 d’entre eux ont été créés par l’exploitation minière : ils se sont formés sur les parois d’anciennes mines, dans des terrils ou des fosses qui ont créé les conditions chimiques et climatiques de leur formation. 234 autres minéraux ont été créés par le feu, par exemple dans des veines de charbon ou la cuisson ciblée de céramiques, de briques ou de chaux. 143 minéraux ont également été créés par le traitement des métaux et les scories résultantes.

En plus de ces solides anthropiques qui sont officiellement reconnus comme minéraux, il y en a des milliers d’autres qui ne sont pas officiellement classés comme minéraux, rapportent les chercheurs. Ceux-ci incluent d’innombrables matériaux semi-conducteurs fabriqués par l’homme, des cristaux photoniques, des pierres précieuses synthétiques ou des alliages spéciaux. “Tous ces matériaux de l’ère Anthrocène resteront dans les strates géologiques pendant des millions d’années à venir”, a déclaré l’équipe.

Origine déjà dans les premiers jours de la terre

Il existe également des différences claires entre les minéraux en ce qui concerne le moment où ils se sont formés : “La majeure partie de la diversité minérale terrestre remonte aux 250 premiers millions d’années de notre planète”, rapportent Hazen et Morrison. 3 534 types de minéraux ont probablement déjà été créés au cours de cette première période terrestre. 296 Les minéraux pourraient même être plus anciens que la terre elle-même parce qu’ils se sont condensés dans la poussière du nuage primordial ou se sont formés dans les premiers astéroïdes. Certains grains minéraux découverts dans une météorite pourraient avoir jusqu’à sept milliards d’années.

Également intéressant : 41 éléments rares représentent une part disproportionnée de la richesse minérale de la Terre – y compris des métaux de transition tels que le cadmium et le molybdène, mais aussi des métaux précieux et lourds tels que l’or, l’argent, l’arsenic, le mercure, l’uranium, le tellure et le tungstène. “Bien que ces éléments représentent moins d’un atome sur 10 000 dans la croûte terrestre, ils sont un composant essentiel d’environ 2 400 minéraux – 42,4%”, expliquent Hazen et Morrison.

“Fool’s Gold” est le favori en matière de variété de recettes

L’étude révèle également que les minéraux varient considérablement dans le nombre possible de leurs voies de formation. 59 % des cristaux connus ne peuvent se former que d’une seule manière. Après tout, un quart des minéraux ont deux possibilités de formation différentes. Cependant, pour huit pour cent des solides cristallins, il existe plus de quatre « recettes » différentes pouvant conduire à leur formation. Neuf minéraux ont même 15 formes de formation et plus.

pyrite
La pyrite (l’or des fous) peut se former de 21 manières différentes, ce qui fait de ce sulfure de fer le favori parmi les minéraux. © ARKENSTONE/ Rob Lavinsky

Le favori est la pyrite : ce minéral de sulfure de fer, également connu sous le nom d'”or des fous”, a 21 façons différentes de se former. La gamme s’étend des éruptions volcaniques, des feux de charbon, des météorites, des températures élevées, des environnements aquatiques, des intempéries et des évents hydrothermaux aux voies microbiennes.

Les minéraux, chacun avec 18 formes de formation, comprennent le corindon, l’hématite, la magnétite et l’albite, et il existe encore 17 “recettes” pour la calcite, la hornblende et le rutile. L’important quartz minéral formant des roches a 14 chemins de formation différents. Après tout, les diamants peuvent encore être formés par neuf processus différents. En plus de la “recette classique” de haute pression et de chaleur dans le manteau terrestre, les cristaux de carbone se forment également par condensation dans l’enveloppe gazeuse des étoiles brûlées ou par des impacts de météorites.

Significatif pour les autres planètes aussi

Les nouvelles découvertes sur les minéraux terrestres sont également importantes pour la recherche de la vie dans l’espace et l’exploration de planètes étrangères. « Quelles conditions de formation de minéraux existent sur la Lune, Mars et d’autres mondes terrestres ? En capturant les modes paragénétiques et en attribuant chaque espèce minérale à une ou plusieurs de ces catégories, nous pouvons également examiner les minéraux extraterrestres sous un nouvel angle », écrivent Hazen et Morrison.

Sur Mars, par exemple, la diversité minérale dépend essentiellement de la présence d’eau sur la planète, de la durée de sa présence et de sa forme. Les minéraux lunaires, à leur tour, peuvent révéler comment le satellite de la Terre s’est développé à ses débuts. Et avec les exoplanètes, la question passionnante se pose de savoir si elles pourraient avoir des « recettes » minérales qui nous manquent complètement. “Comprendre l’évolution des minéraux nous ouvre de nouvelles voies pour explorer l’espace et rechercher des planètes habitables et une vie extraterrestre”, a déclaré Anhuai Lu, président de l’Association minéralogique internationale. (Minéralogiste américain, 2022 ; doi : 10.2138/am-2022-8099)

Source: Laboratoire Carnegie Science Earth and Planets

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