Промяната става някак изведнъж, след като нови видове водорасли „изобретяват” фотосинтезата и започват да пълнят атмосферата с кислород. Учените все още спорят за точното му датиране, но са съгласни, че преди около 2,2 млрд. години се е случило Великото окислително събитие – кислородът в атмосферата се е увеличил до малко повече от 1 процент. Малко, но достатъчно да промени завинаги земната минералогия.

Химическото моделиране на проф. Хейзън и колегите му показва, че Великото окислително събитие проправя път за създаването на нови 2500 вида минерала – продукти на водно и кислородно изветряне на други минерали. Такива кристали просто не могат да се образуват в безкислородна среда – което означава, че без живота на Земята повечето от 4400-те вида минерали на нея не биха съществували.

Повечето от тези нови минерали се появяват като тънки налепи и корички от изменен материал върху съществуващи скали. Много редки минерални видове са известни само от шепа безценни кристали, всеки с тегло по-малко от грам.

Великото окислително събитие има глобален ефект.

Най-очевидният му резултат е, че планетата „ръждясва”. Черният базалт, покриващ големи части от сушата, почервенява, тъй като двувалентното желязо в често срещаните базалтови минерали се окислява до хематит и други червени на цвят съединения на тривалентно желязо. Погледната откъм Космоса преди 2 млрд. години, Земята би била впечатляваща гледка с ярки контрасти: бели облаци, червеникава суша като на Марс и сини океани.

Марсианската червенина също е плод на окисляване, но там кислородът се получава при разбиването на водни молекули от слънчевата светлина във високата атмосфера на планетата. При тази реакция водородът отлита в Космоса, а оставащият кислород окислява леко повърхността, но не стига за развихрянето на минералотворчество със земните мащаби.

„Скучните милиард години” текат бавно след Великото окислително събитие. През този дълъг период не се случва нищо значително в света на земната минералогия, а и биология.

След „Скучния милиард” обаче идват бурни 100 млн. години. Преди около 800 млн. години повечето континенти представляват единен свръхматерик, наречен Родиния. Тектоничната дейност го разкъсва, при което се получава многократно удължаване на бреговите ивици, увеличаване на валежите – и много по-бърза ерозия на скалите. Всички тези процеси изсмукват голямо количество въглероден двуокис от атмосферата и отслабват парниковия ефект. Съответно на Земята започва продължително захлаждане и полярните ледове се разрастват към екватора.

Все по-обширните ледени и снежни полета отразяват все повече слънчева светлина обратно в Космоса, което води до усилване на застудяването. Средната годишна температура пада до -50 градуса С. В продължение на 10 млн. години Земята представлява кълбо, покрито с дебели снегове и ледове. Само тук-там над тях се показват димящите планини на вулканите.

Именно вулканите слагат край на мразовития плен. Те постоянно изхвърлят въглероден двуокис, а тъй като тогава няма дъждове и открити води, които да „попият”  парниковия газ, той се натрупва в атмосферата в концентрации, близо сто пъти по-големи от днешните. Започва мощно глобално затопляне и само за няколко века Земята сериозно се загрява.

Цикълът „фризер - оранжерия” се повтаря два или четири пъти през следващите 200 млн. години. 

През това време не се образуват много нови минерални видове, но всеки нов ледников период драматично променя разпределението на повърхностните минерали. През горещите ери рязко скача производството на дребнозърнести глинести минерали и други продукти на изветрянето в пустинните, ерозиращи скалисти места. В плитчините на топлите океани карбонатни минерали се отлагат в огромни кристални конуси.

Смяната на горещи със студени периоди има сериозни последици за живота. Ледниковите епохи ликвидират почти всички екосистеми, докато затоплянията рязко увеличават биологичната производителност. По-специално в края на последното голямо заледяване атмосферният кислород скача рязко от само няколко процента до около 15% - като основните „виновници” са цъфтежите на зелени водорасли в крайбрежните води. Според много биолози тези високи равнища на кислорода са били съществена предпоставка за появата и развитието на големите животни, които имат по-големи метаболитни нужди. Наистина, първите известни многоклетъчни организми се появяват само 5 млн. години след последния голям ледников период.

Геосферата и биосферата продължават съвместната си еволюция, особено след като най-различни микроби и по-големи животни развиват защитни минерални черупки. Изобретяването на карбонатни скелети води до създаването на масивни рифове от пясъчници, изпъстрили света с безбройни канари и каньони. Макар и не нови, тези минерали се появяват в небивало изобилие.

Днес звучи невероятно, но сушата е била необитаема през по-голямата част от историята на Земята.
 

Ултравиолетовите слънчеви лъчи бързо разрушават важни биомолекули и убиват повечето живи клетки. Кислородът, отделен от водораслите, създава озоновия слой, под чиято ултравиолетова защита животът превзема и сушата.

Излизането от водата отнема доста време. През циклите „фризер - оранжерия” сигурно е имало локви и блата със зелени водорасли, принудени да живеят във все по-сухи условия, но истинският десант на сушата започва с мъховете. Това са първите наистина сухоземни растения, появили се преди около 460 млн. години. За 10-ина милиона години сушата е колонизирана от растения, включително от васкуларни (с тъкани, провеждащи вода), чиито корени започват „преработката” на скалистите почви, забивайки се в тях за стабилност и извличане на вода.

Растенията и гъбите въвеждат „скоростни” методи за биохимично разлагане на скалите, с което многократно ускоряват изветрянето на базалта, гранита и пясъчника. Бързо се увеличава количеството на глинести минерали, все по-бързо се формират почви, осигуряващи все по-широки пространства за обитаване на все по-големи растения и гъби.

Преди около 400 млн. години, в Девонския период, Земята за първи път наподобява днешния си вид. Процъфтяват зелени гори, гъмжащи от насекоми, четириноги и други животни. И под всепроникващото въздействие на живота минералогията на планетата достига съвременното си разнообразие и разпределение.

Какво е бъдещето на минералната еволюция?

Анализът на историята на минералите на Земята създава много интересни възможности за нов поглед и изследвания в тази сфера.

Вече стана дума, че минералогичното богатство зависи много от размера на съответната планета, която е масов производител на нови видове камъни. Но животът създава уникални условия за създаването на все по-екзотични минерали. И някои от тях с голяма сигурност може да се приемат за доказателство, че на едно или друго небесно тяло има или е имало живот.

Може да се мисли и за уникалността на минералната еволюция и на други, особени светове. Юпитеровият спътник Йо, който е богат на сяра, и сатурновият Титан (с изобилие от въглеводороди) вероятно имат своеобразни, необичайни минерални портфейли. На Европа и Енцелад, други спътници на двата гиганта, вероятно има океани от течна вода – а защо не и живот.

Според Робърт Хейзън еволюцията на минералите показва, че живеем във Вселена, която непрекъснато се развива от прости към по-сложни форми. В звездите се създават нови химически елементи, планетите ги преработват в минерали, молекулите се усложняват до поява на живот, животът еволюира съгласно теорията на Дарвин. До момента, в който продуктът на еволюцията започне да опознава и осмисля създалия го процес.

Автор: Петър Кънев