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科学家和哲学家联手提出了一种对矿物进行分类的新方法

钻石会永远存在,但这并不意味着所有钻石都有共同的历史。数十亿年前,随着垂死恒星富含碳的大气层膨胀和冷却,一些钻石在太空中形成。在我们自己星球的一生中,地幔中的高温和高压产生了我们熟悉为宝石的钻石。5,000年前,撞击地球上富含碳的沉积物的大型陨石产生了一颗冲击钻石。

这些钻石的每一种在成分和成因上都互不相同,但是根据权威的矿物指南(国际矿物学协会的新矿物,命名和分类委员会),它们都被归类为“钻石”。

对于许多物理科学家而言,这种不一致不会造成任何问题。但是,IMA系统给行星科学家,地球生物学家,古生物学家和其他努力了解矿物历史背景的人留下了未解决的问题。

因此,卡内基大学的罗伯特·海森(Robert Hazen)和肖纳·莫里森(Shaunna Morrison)与CU博尔德科学哲学教授卡罗尔·克莱兰德(Carol Cleland)合作,建议科学家们通过一种新的矿物分类“进化系统”来解决这一缺陷,该系统包括历史数据并反映多样性和分布的变化超过40亿年的地球历史中的矿物。

他们的工作由美国国家科学院院刊出版。

哈森说:“我们从哲学和行星科学的非常不同的领域走到一起,以探讨是否存在一种严格的方法来将时间维度带入关于构成地球的固体材料的讨论中。”

IMA矿物分类系统可以追溯到19世纪,当时地质学家James Dwight Dana概述了一种根据主要元素的理想成分和几何理想的晶体结构的独特组合对矿物进行分类的方法。

“例如,IMA将石英定义为纯二氧化硅,但是这种理想化版本的存在完全是虚构的,” Morrison说。“每个石英样品都包含缺陷,这是其形成过程的痕迹,使其具有独特性。”

这种分类系统的方法意味着将具有明显不同的历史起源的矿物集中​​在一起(例如以钻石为例),而将具有共同因果历史的其他矿物分开。

主要作者克莱兰说:“ IMA系统是典型的。”他解释说,自然科学中的大多数分类系统(例如元素周期表)都是时间无关的,“仅根据明显的异同来对物质进行分类,无论它们是如何生产的或经过何种修改。”

对于许多研究人员而言,时间独立的系统是完全合适的。但是,这种方法对于行星和其他历史导向的地球科学并不适用,因为它们的重点是了解行星体的形成和发展。

克莱兰德说,钻石或石英晶体形成历史的差异是至关重要的,因为形成样品的条件和所经历的修饰“比仅晶体就可以鉴定为钻石或石英的事实提供的信息要丰富得多”。

她,哈森(Hazen)和莫里森(Morrison)认为,行星科学家需要的是一种对矿物进行分类的新系统,其中包括历史上的“自然物种”。

在达尔文提出进化论之前,生物学面临着类似的问题。例如,由于缺乏对生物如何通过进化过程进行历史关联的了解,17世纪的学者辩论了蝙蝠是否为鸟类。但是,随着19世纪达尔文著作的问世,生物学家们根据进化论对其进行了分类,因为它们缺乏带翅膀的共同祖先。

由于不存在“矿物演化”的通用理论,因此为地球科学创建这样的分类系统具有挑战性。Hazen,Morrison和Cleland提出的解决方案是他们所说的“引导”方法,该方法基于具有历史意义的,信息丰富的固体材料的化学,物理和生物学属性。这种策略使科学家能够建立一个矿物种类的历史体系,同时对其基本理论原理保持不可知论。

哈森说:“矿物是我们可以研究的最持久,信息最丰富的物体,以了解我们星球的起源和演化。” “我们对矿物进行分类的新进化方法对现有协议进行了补充,并提供了严格记录地球历史的机会。”

莫里森对此表示赞同。他补充说:“重新思考矿物的分类方式,提供了机会,通过矿物学角度来解决有关我们星球和太阳系的重大科学难题。矿物在其不完美之处和与理想的背离下,抓住了故事的真相。它们已经经历了很深的时间,它们提供了一种时光机,可以追溯到几百万或数十亿年前我们的行星和太阳系中其他行星发生了什么。”

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