地球には 10,000 種類以上の鉱物が存在します。この膨大な新しいカタログには、それらすべてが説明されています。

2006 年 12 月のある夜、ロバート・ヘイゼンがクリスマス パーティーに出席していたとき、生物学者の友人であり同僚である人物がシンプルな質問をしました。「冥王代に粘土鉱物は存在したのでしょうか?」

この疑問は重要なところから生まれた。冥王代とは、科学者が地球の歴史の第一章と呼ぶもので、地球の形成から約 40 億年前までの、火と神話に満ちた時代である。そして、今日世界中の土壌でよく見られる粘土鉱物は、生命の起源に関する多くの理論のいくつかで重要な役割を果たしている。

しかし、ワシントン DC のカーネギー科学研究所の鉱物学者ヘイゼン氏によると、10 年か 20 年前には、彼の研究分野がそれを研究する準備ができていたという疑問はなかったという。

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彼は現在、鉱物がどのように、そしていつ形成されたかを考慮した新しい鉱物カタログシステムのおかげで、それが変わることを期待している。これは、今日American Mineralogist誌に発表された 2 つの論文で説明されている。(この研究は、70 を超える他の研究の先駆けとなる可能性がある。)

「これにより、ほぼ無限の疑問に答える機会が得られると思います」と、カーネギー研究所の地質学者で論文の著者の一人であるショーナ・モリソン氏は言う。

伝統的に、鉱物学者は結晶化合物をその化学組成（鉱物にはどんな原子が含まれているか）と構造（拡大すると、それらの原子がどのように配置されているかがわかるか）に基づいて分類します。

「鉱物学者は、それぞれの鉱物は理想的な化学組成と結晶構造を持っていると考えて、自分たちの分野についています」と、論文の著者の一人でもあるヘイゼン氏は言う。「それが『鉱物種』を定義する方法です。」

鉱物学の世界会議である国際鉱物学協会（IMA）は、黄鉄鉱やダイヤモンドからヒドロキシアポフィライト（K）やフェロフェリフルオロリーケイトに至るまで、約5,800種の鉱物を定義しています。これは、科学者が何世紀にもわたって収集してきたコレクションです。

この図式は、表面にある鉱物を識別するのに非常に役立ちますが、地質学的遺物がどのように形成されたのかについてはあまり説明しません。たとえば、黄鉄鉱は、熱水や火山から隕石や人間が起こした鉱山火災まで、あらゆるものに遡ることができます。その余分な知識がなければ、黄鉄鉱を見つけても、それが伝えようとしている物語を知ることはできません。他の鉱物は、落雷の極限状況で生成されたり、骨や鳥のフンのように地球の生命から直接生成されたりします。初期のバクテリアが地球の太古の大気に送り込んだ酸素によって生成された鉱物もあります。

ヘイゼン氏とモリソン氏は、資料とその歴史を結び付ける、次世代のカタログを作成したいと考えていました。「私たちが本当にやりたかったのは、文脈を取り入れることでした」とモリソン氏は言います。

現在、研究者が鉱物がどこで、いつ、どのように形成されたかを知る方法は数多くあります。微量元素、つまり周囲の物質から鉱物に取り込まれた余分な化学物質や生物物質を調べるかもしれません。鉱物に含まれるさまざまな放射性同位体の比率を調べるかもしれません。これは炭素年代測定法に似ており、科学者に鉱物がどのくらい古いものであるかを教えてくれます。鉱物の質感や色についても考えられます。たとえば、酸化したり錆びたりしたサンプルは外観が変わることがあります。

モリソン氏は、生物学者がゲノムを分析するために、また社会学者がソーシャル ネットワークで人々のグループを見つけるために現在よく使用されるデータ サイエンスの手法を駆使して、複数の要因を相関させ、さまざまな鉱物の形成履歴を見つけることができました。彼女のチームは、地球上の何千もの鉱物を徹底的に調査し、地球よりも古い宇宙の鉱物から人間の鉱山で形成された鉱物まで、57 の異なる形成環境のいずれかにそれらをタグ付けするのに 15 年かかりました。

現在、彼らはIMAの5,800種を、モリソンとヘイゼンが「鉱物の種類」と呼ぶ10,500種以上の分類に分類している。1つの鉱物が複数の異なる方法で形成された場合、その鉱物には多数の種類が存在する可能性がある。

たとえばダイヤモンドを例にとってみましょう。化学的には最も単純な鉱物の 1 つで、立方体構造に配列された炭素原子のみでできています。しかし、新しいカタログには 9 種類のダイヤモンドが記載されています。地球のマントルで焼かれて圧縮されたダイヤモンド、隕石の衝突によって沈殿したダイヤモンド、生命が存在する前の炭素が豊富な星からできたダイヤモンドなどです。

モリソンとヘイゼンが改訂したガイドでは、IMA の鉱物の約 6 分の 5 が 1 種類か 2 種類しか記載されていない。しかし、9 つの鉱物は実際には 15 種類に分岐している。また、カタログに掲載されている鉱物の中で、黄鉄鉱ほど多くの種類がある鉱物は他になく、黄鉄鉱の 21 種類もある。

この図式を作成するにあたり、ヘイゼン氏とモリソン氏 (2 人とも火星探査車キュリオシティ チームのメンバー) は地球をはるかに超えた領域に目を向けている。別の惑星で鉱物を発見し、それがどこで形成されたかがわかれば、その惑星が太古の昔にどのような環境にあったかをすぐに推測できる。たとえば、その鉱物が水との接触で形成された 80 % の鉱物に含まれる場合、はるか昔に海が消滅した証拠となる可能性がある。

そして、もしあなたの鉱物が生物学的プロセスから出現した鉱物の種類の3分の1に含まれるなら、それははるか昔に姿を消した地球外生命体の存在を示す手がかりとなるかもしれない。

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「鉱物を見る新しい方法が出現した」とフランスのリール大学の鉱物学者パトリック・コルディエ氏は声明で述べた。「鉱物は物質の長い歴史の証人、目印となる。」

「何億年、何十億年も前の鉱物を手に持つことができます。45億6700万年前の隕石を手に持つこともできます」とヘイゼン氏は言う。「太陽系の最も古い歴史を示す具体的な証拠は他にありません。」