Universums mineralinnehåll, kemiska sammansättning och mineral-diversitet är något som relativt nyligen seglat upp som ett mycket spännande och intressant forskningsområde.

Hur har universums mineralogi utvecklats sedan Big bang? Hur många olika mineral är det möjligt att hitta? Finns det andra planeter med en mineralogi som liknar vår på jorden? Och hur har syret i jordens atmosfär bildats, så att nya geologiska miljöer kunnat skapa en enorm rikedom av sällsynta mineral? Dessa frågor är högst relevanta för mineralrikedomen i Wermlandsberg och fynden av alla olika mineral här är ett tydligt bevis för jordens mineralogiska evolution och höga ålder.

Begreppet mineral-evolution introducerades 2008 och innefattar de varierande kemiska, fysikaliska och biologiska processer som bildar mineral och hur dessa processer har varierat över geologisk tid. Den tongivande och ledande forskaren i ämnet är Robert ”Bob” M. Hazen på Carnegie Institution of Washington, vilken publicerat en rad olika artiklar oftast i samarbete med andra forskare. Hans slutsats är att mineralevolutionen som givit upphov till en mineralrikedom och fördelning av mineral på jorden, förändrats dramatiskt under de 4,5 miljarder år som jorden funnits. Det kanske mest häpnadsväckande är att denna mineral-evolution inbegriper en mycket nära samverkan med biologin, för att många
av mineralen vi idag hittar på jorden ska kunna bildas. Förståelsen av jordens unika ”mineralekologi” ger oss en fördjupad uppskattning av mineralen, både som allmänhet, samlare och forskare.

Hur har alla mineral kommit till?

Inga mineral uppstod direkt efter Big bang för 13,8 miljarder år sedan, eftersom den ursprungliga materien var för varm och inga atomer fanns. Först efter hundratusentals år hade universum expanderat tillräckligt och då kylts ned,
så att väte och helium kunde bildas, men inga kristaller av något fast ämne kunde ännu bildas ur dessa heta gaser. I nästa skede bildades stjärnorna, i vilka under sin livscykel tyngre grundämnen i periodiska systemet skapas genom olika kärnreaktioner. I stjärnornas kärnor bildas genom olika fusionsprocesser först andra lätta grundämnen som kol, syre och kisel. Därefter följer tyngre grundämnen ända upp till järn – nummer 26 – i periodiska systemet.

Under dessa processer så frigörs energi, men järn och tyngre grundämnen absorberar energi när de bildas. Detta inträffar vid en stjärnas maximala storlek och så snart järn bildas kollapsar stjärnan i en supernovaexplosion. Stora stjärnor med mer än fyra gånger solens massa producerar stadigt tyngre grundämnen, men när kärnbränslet för fusionen tar slut bildas en supernova och i dess slutskede, när stjärnan imploderar, uppstår en mycket intensiv strålning som resulterar i bildandet av de allra tyngsta naturliga grundämnena.

Vid explosionen sprids dessa grundämnen i rymden och blandas med interstellärt väte ochväxer samman i ett kosmiskt nebulosa-damm, vilket kommer utgöra en andra generationens stjärnor och planeter. Detta är vad vårt jordklot bildats ur och de mineral vi idag samlar för nöjes skull eller utvinner metaller för vårt samhälle och vårt välstånds skull, ursprungligen kommer ifrån.

Stjärnor är förstås för heta för att kristaller ska kunna bildas, men stjärnor med tillräckligt energirik atmosfär är svalare och relativt anrikade i några enstaka mineralbildande grundämnen som kol, syre, kisel och magnesium. Numera är vi ganska säkra på att kol i form av diamant var det absolut första mineralet att bildas, genom kondensering direkt från ånga vid över 4000 grader celsius. När sedan stjärnans atmosfär expanderar och svalnar mer bildas ytterligare andra mineralfaser som grafit, moissanit (kiselkarbid), korund, spinell och olivin. Alla bildade vid mycket höga temperaturer och bestående av mycket vanliga grundämnen. I stort sätt tio olika absolut nödvändiga grundämnen bildar de första s k ur-mineralen, vilka även föregick vårt solsystem, och dessa bildades i den första generationens stjärnor, utan att någon supernovaexplosion varit nödvändig.

När solsystemet bildades smälte och frös damm till droppar (kondruler) som blev meteoriter. Genom gravitation bildades småplaneter som smälte och separerade i kärna, mantel och skorpa. Dessa processer skapade över 250 mineral. Senare planetära processer – med vatten och inre värme – ledde till tusentals fler mineral, vilket gjort jorden unik jämfört med andra planeter och t.ex. månen.

Planeten jordens bildande tar sin början när solnebulosan, bestående av väte, helium och damm med några mikroskopiska ur-mineral, samt små mängder utspridda spårelement, dras samman av gravitationen och bildar solen och planeterna. Mer än 98% av massan bildade en central sol som blev större och större, så att dess inre temperatur och tryck medgav kärnreaktioner och vågor av intensiv hetta och ljusenergi. Denna svepte genom nebulosan och smälte dammet till droppar – s k kondruler – som efter att solens antändning hade kulminerat frös och klumpades ihop, bildande massor som fortfarande trillar ned på jordens yta som kondritiska meteoriter. De kondritiska meteoriterna innehåller omkring 60 olika mineral, vilka alla bildats genom uppsmältning och rekristallisering av ur-mineralen.

Jorden är en mineral-bildande motor utan jämförelse. Om vi utgår från en torr värld som månen eller Merkurius, så skulle det vara svårt att producera mer än 300 olika mineral. Det finns helt enkelt inte tillräckligt med inre värme eller vatten för att processa grundämnena mer. Om vi däremot startar med en större och blöt planet som Mars eller jorden, så skulle hydroxider, is, evaporiter och saltmineral bildas. Inom ett par miljoner år så skulle vi ha drygt 400 olika mineral bildade genom olika geologiska ytnära processer.

Många planeter är täckta av basalter, men om dessa smälts underifrån då en planet kan generera tillräckligt med inre värme som jorden, kan lättare silikat- och alkalirika granitiska bergarter bildas, vilka stiger upp mot ytan som intrusioner. Dessa smältor kan bilda många hundra nya mineral, eftersom de anrikat sällsynta grundämnen som bor, litium, beryllium,
cesium och tantal i komplexa granitpegmatiter. Forskningen har visat att processen för att koncentrera grundämnena i de mest vanliga pegmatitmineralen kräver mer än 1 miljard år. Dessutom verkar många mineraliseringar bildas i olika episoder som sammanfaller med bildandet av superkontinenter, då landmassorna – kontinentalblocken – bildande en enda stor kontinent. Detta gav upphov till en dynamisk miljö för varma och cirkulerande lösningar, där sällsynta grundämnen först gick i lösning och koncentrerades för att sedan fällas ut som nya malm- och mineralförekomster.

Plattektoniken gav upphov till nya typer av vulkanism, där mineralrika fluider kunde transporteras till jordens yta. Metall-rika lösningar gav upphov till massiva malmförekomster med hundratals nya sulfid- och sulfosalt-mineral som resultat. Likaledes gav de plattektoniska processerna upphov till att exotiska högtrycksmineral som staurolit, kyanit, jadeit och diamant kom upp till jordytan. Men fortfarande kan vi bara räkna in ca 1500 olika mineral, bildade med de nu välkända olika kemiska och fysikaliska processerna. Vilka andra processer krävs för att vi ska komma upp i de drygt 6000 olika mineral vi hittills identifierat i vårt solsystem? Svaret är förstås liv!