Die Evolution der Steine

Von einstmals zwölf Spezies zu etwa 4000: Auch die Minerale sind einer Entwicklung unterworfen, die US-Forscher jetzt aus evolutionärer Sicht betrachten

Alles begann vor etwa fünf Milliarden Jahren. In dem kosmischen Staubnebel, der später das Sonnensystem bilden sollte, hätten eventuelle Beobachter damals die ersten Minerale entdecken können - sehr einfache chemische Verbindungen, vor allem Karbide, Nitdride, Oxide und Silikate. Als sich der Nebel schließlich dank der Gravitation zu kleineren, noch undifferenzierten Körpern zusammengeballt hatte, deren Reste heute in Meteoriten zu finden sind, waren daraus schon 60 Mineral-Spezies (anders als biologische Organismen definiert durch chemische Zusammensetzung und Struktur) entstanden. Getrieben wurde dieser Prozess vor allem von durch die auf die solare Aufheizung folgenden Prozessen wie Sublimation, Erstarrung oder Rekristallisation.

Während von biologischer Artenvielfalt vor 4,56 Milliarden Jahren noch keine Rede sein konnte, trieben die Umgebungsbedingungen die Minerale schon in ihre nächste Evolutionsstufe. Natürlich ist hier nicht von Evolution im Darwinschen Sinne die Rede. Feststoffe mutieren nicht, sie vermehren sich nicht und wetteifern nicht um Ressourcen.

Umso interessanter ist die Perspektive, unter der ein amerikanisches Forscherteam jetzt im Fachmagazin American Mineralogist die Entwicklung der Minerale auf der Erde beschreibt: Ihre evolutionäre Sichtweise (Abstract) lässt die bereits grundsätzlich bekannten Vorgänge in anderem Licht erscheinen und verleiht ihnen eine neuartige Systematik.

Tatsächlich haben die Minerale eine dramatische Entwicklung hinter sich - jeweils in geologischen Zeiträumen betrachtet. Die Forscher identifizierten im Groben zehn Evolutionsstufen. Nach der oben schon beschriebenen Bildung undifferenzierter Gesteinsbrocken fanden diese sich zu den ersten Planeten zusammen. Erst hier, unter dem Einfluss vulkanischer Aktivität und, wo verfügbar, auch von Wasser, vollzog sich der nächste Schub, an dessen Ende um die 500 Mineralspezies standen. Mars und Venus, schätzen die Forscher, haben gemeinsam mit der Erde diese Stufe erreicht.

Das „Great Oxidation Event“

Während aber für unsere Nachbarplaneten an dieser Stelle die Entwicklung beendet war, verfügte unser Heimatplanet über eine Besonderheit: seine Plattentektonik. Die Kontinentalverschiebung schuf chemische und physikalische Bedingungen, die die mineralische Artenvielfalt auf über 1000 Spezies ansteigen ließ. Für eine weitere Differenzierung bedurfte es dann erneut eines anderen Agens: Der Entwicklung biologischen Lebens, die sich anscheinend in unserem Sonnensystem nur auf der Erde vollzog. Vor etwa vier Milliarden Jahren nahm sie ihren Anfang. Von den insgesamt rund 4300 bekannten Mineralen, so schätzen die Forscher, sind zwei Drittel direkt oder indirekt mit biologischem Leben verknüpft. Nicht überall ist die Beziehung so klar wie etwa mit den Nierensteinbildnern, mit denen sich manche Menschen plagen müssen.

Zu verdanken haben die Minerale ihre weitere Evolution vor allem einer aus damaliger Sicht furchtbaren Katastrophe: im „Great Oxidation Event“ (GOE) vor etwa 2,5 Milliarden Jahren begann sich das extrem reaktive Gas Sauerstoff, ein Zellgift, in der bis dato harmlosen, von Kohlendioxid, Methan, Wasserstoff und Stickstoff dominierten Atmosphäre anzureichern. Dieser Betriebsunfall blieb zum Glück ohne große Folgen, denn die Lebewesen konnten sich den neuen Verhältnissen anpassen. Unter deren Einfluss begannen nun viele Minerale zu oxidieren. Mikroorganismen und Pflanzen waren für die Entwicklung der verschiedenen Tonerden verantwortlich. Am Grunde der Ozeane lagerten sich abgestorbene Reste von Flora und Fauna zu Sedimentgesteinen ab.

Mindestens 2,5 Milliarden Jahre lang, folgern die Forscher, haben sich die Minerale der Erde gemeinsam mit dem biologischen Leben entwickelt - vermutlich sogar schon seit dessen Entstehung. Minerale wie etwa Calcite sind auf Planeten ohne Leben gar nicht zu finden. Das ermögliche der Wissenschaft aber auch den Umkehrschluss: Bei der Suche nach außerirdischem Leben könnte man sich von dem Wissen um die Evolution der Minerale inspirieren lassen. (Matthias Gräbner)