大爆炸后，宇宙中的矿物成分是如何演化的？
可能存在多少种不同的矿物？会不会有其它星球具有和地球一样的矿物环境？
地球大气中的氧气成分如何演变，并创造出新的成矿环境，进而产生丰富的彩色稀有矿物？
序曲
我们生活在一个美丽得令人惊叹的世界上。从不远的太空往下看，地球上跃动的蓝色海洋和时卷时舒的白云呈现出一个变化诡谲的世界。我们不禁想问，地球是否自古以来就是这个模样？如果不是，那在地球的转变过程中发生了什么样的变化呢？
介绍
矿物演化从很多方面思考了时间进程中的变化：种类的丰富度；在不同岩石中的分布；矿物的组成成分，包括微量元素和同位素；甚至尺寸，形状和颜色，所有这些都在深层次上发生着系统性的变化。我们专注于近地表的环境，因为不管在地球，其它星球，甚至月球上，这都是矿物最容易采集和研究的地方（Hazen等，2011,2012,2013a，2013b；Grew和Hazen，2014）。
矿物演化为我们探寻矿物王国的新问题提供了一个框架。举个例子，世界上第一种矿物是什么？或者说，在我们宇宙漫长的历史中，具有明确化学成分的第一种晶体是什么？关于这个问题，我们无法找到任何已经存在的依据，即使已经提出了这个需求，而且在历史上的任何科学中，对于起源的理解都非常重要，但我们却很少得到满意的答复。
超新星爆炸产生重元素并抛入太空，最终形成像地球这样的行星并结晶出矿物
左边：蟹状星云，公元1083年超新星爆炸的残余物。中间：M82星系的SN2014J，一颗2014超新星的残余物。右边：第谷超新星残余物，1572年首次发现。NASA摄影。
一旦被提出来，这个关于第一种矿物的答案就涉及到了早期宇宙的天体物理学模型。在138亿年前的大爆炸之后，矿物并没有立即出现，因为原始的物质太热了，而且密度太大，甚至无法形成原子。最早的一批原子，主要是氢原子和氦原子，在宇宙扩张并逐渐冷却了几十万年后才形成，那么热的气体中无法形成任何晶体。宇宙演化的下一步就是星球的形成，在其整个生命周期中通过核合成创造出了元素周期表上所有质量更大的元素。在灼热的星球核心，氢原子融合而成氦原子，接着3个氦原子融合而成一个碳原子。如果星球足够大（至少是太阳的8倍），就能继续融合碳原子和氦原子形成氧原子，接着融合更多氦原子形成镁原子，硅原子，并最后产生铁原子。
黄铁矿，产地：秘鲁(Huanzala Mine, Huallanca, Huallanca District, Bolognesi Province, Áncash, Peru)
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通过不同的融合组合，就能形成原子序数高达26（铁）的元素，而且所有的融合过程都会释放出能量，保持星球高温和正常。但是到铁元素这里就不一样了；一旦铁元素开始进行融合，这个星球就完蛋了，因为铁原子会融合氢原子形成镍，而这个过程是吸收能量的。当这个过程发生，这个星球就不再能保持自己的体积，而会灾难性地坍塌直到它爆炸形成超新星。在被称为“爆发核合成”的短暂事件中，温度和压力会迫使原子融合，形成元素周期表上的所有其它元素。在被炸到太空中之后，这些物质再和其它星际间的氢混合，最终凝聚成新的星云，再形成“第二代”的星球和行星，其中包含了创造如今我们所知的矿物世界的所有元素——更不用提我们自己的身体了。所以要明白很多矿物的原子都是在超新星的牺牲中形成的，好好欣赏并爱惜你们那些美丽稀有的矿物标本吧。
钻石，宇宙中形成的第一种矿物。（晶体尺寸1cm，并非外太空形成，而是形成于地球，安哥拉宽果河流域产出；卡内基自然历史博物馆收藏，Wendell Wilson摄影。）
当然，星球本身太热了，就无法形成晶体，但巨大的行星拥有充满能量的大气层，温度更低而且含有一些成矿元素，包括碳元素，氧元素，硅元素和镁元素。我们的分析于是认为金刚石是第一种形成的矿物，因为金刚石可以由超过4000摄氏度高温的蒸汽直接冷凝形成。这一组合——有限空间里足够的碳原子和足够低的温度——是世界上第一种矿物结晶的关键。
金刚石（钻石）产地：赞比亚, 金刚石（钻石）,
0.75ct 大颗黄色, 0.55cm长, 0.35ct 小颗黄色0.45cm 长, 0.3ct 小绿色0.45cm 长, 0.55ct 粉色0.48cm长.
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随着行星上的大气层进一步扩张冷却，一些其它的矿物也结晶了。下一步就是石墨，碳的另一种单质，接着是其它耐高温的矿物，包括碳硅石（碳化硅），刚玉，尖晶石和橄榄石——所有这些矿物都是非常常见的元素在非常高的温度下形成的（而且，并非出于巧合，这些矿物在今天都被用作了宝石）。在比我们的太阳系更古老的星尘里发现过大约12种微小的晶体（表1）。我们称这些晶体为“乌尔矿物”（ur-minerals），名字来源于古老的美索不达米亚城市乌尔（Ur）——已知最早的集中城邦。前缀“ur”因此经常用来表示起始点或开端。
表1.乌尔矿物：最早从星体中结晶出来的12种矿物
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金刚石 |
C |
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六方碳 |
C |
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石墨 |
C |
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碳硅石 |
α-SiC |
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陨氮钛石 |
TiN |
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亚硝酸盐 |
α-Si3N4 |
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金红石 |
TiO2 |
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刚玉 |
Al2O3 |
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尖晶石 |
MgAl2O4 |
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黑铝钛钙石 |
Ca（Al，Ti，Mg）12O19 |
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镁橄榄石 |
Mg2SiO4 |
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顽辉石 |
Mg2Si2O6 |
值得注意的是，在这些乌尔矿物中只有10种不同的主要元素（对矿物的化学式和晶体结构不可或缺的基本元素），而且都是在第一代星系中就形成的元素，，无需经过超新星阶段。于是，矿物演化的核心问题就成了带着12种乌尔矿物的星尘是如何通过仅仅10种主要元素和非常微量的62种其它元素转化而成现在我们所熟悉的星球，包含了5000多种矿物和72种不同的主要元素。
红宝石,产地：阿富汗(Jegdalek ruby deposit, Surobi District, Kabul, Afghanistan)
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星球的诞生
地球的故事要从太阳星云的形成开始说起，一群气体（主要是氢气和氦气）和尘埃（带有12种微小的乌尔矿物，以及许多广泛分布的微量元素）通过重力聚集到太阳和行星上面。超过98%的部分形成了中央的太阳，随着其不断长大，内部的温度和压力也一直在上升。随着核聚变反应的开始，热量和光能的浪潮冲破了星云的限制，把尘埃融化为称作陨石球粒的水滴状物体。在太阳爆发的第一阵热浪逝去之后，融化的陨石球粒冷却下来并凝结在一起，形成一团球粒陨石落向地球，年龄达45.67亿年之老，这是一个人所能拥有最老的东西了。球粒陨石包含大约60种不同的矿物，都是由乌尔矿物融化和重新结晶形成的。
一块橄榄陨铁切片，陨石1822年发现于智利北部阿塔卡玛沙漠。这块陨石代表着一颗曾经融化过的星子核心，这颗毁灭掉的星子最初大约直径320km，形成于43到45.6亿年前（Tarduno和Cottrell，2013）。橄榄石晶体“漂浮”在铁-镍之中。Aesthetic Meteorites收藏及摄影。
橄榄石，产地：阿富汗
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在太阳系的早期历史中，球粒陨石通过互相的重力吸引形成更大的块体（小行星体），直径达1,10，甚至比100公里还大——最后巨大到内部产生的热量足以导致部分熔融。散布的铁，镍金属碎片（第一代星球核合成的产物）融化并下沉形成紧密的地核，同时被硅酸镁层层覆盖起来。在温度，水和压力的共同作用下，其它巨大的太空岩石形成了许多新的矿物——超过250种我们现在可以从坠入地球的陨石中发现的矿物。因此，是12到60甚至超过250种矿物共同导致了地球的形成，其中包含着20种不同的主要元素和52种微量元素。
和陨石丰富的多样性有关的另一个谜题是，地球上所有的元素复杂性——每一种主要的成矿元素——都可以在球粒陨石中得到对应，但其中大部分元素并不明显地出现在单独的矿物里。所以这些“消失”的元素到底是以何种形式被包含在陨石中呢？这些元素一定在陨石上分布得太零散以至于无法形成某种独立的晶体。因此，剩下的超过5000种已知矿物一定是在行星形成的过程中才得以富集元素，所以更晚很多才形成。
地球是产生矿物的一台引擎。如果是一颗干枯的星球，比如月球或水星，是很难产生超过300种矿物的。缺少足够的内热或水来处理元素；因此，我们认为仅仅300种不同的矿物就已经是像水星和月球这种星球的极限了。但如果是像地球和火星这样更大，更湿润的行星，就能形成新的矿物了：羟化物，冰，蒸发盐和黏土矿物，等等。仅仅数百万年时间里，星球表面就可以制造出大约420种新的矿物，其中许多正在被火星上的NASA“好奇号”探测车记录下来。基于已知的矿物形成机制和那份不断增长的目录，我们推测420种矿物就是火星的极限了（Hazen，2013）。
NASA的“好奇号”火星探测车在探索火星，2015年8月5日。因为火星的地质活动并不活跃，整个星球上可能不会超过420种矿物。
地球就更加丰富多样了，多亏了它巨大的内部热量。玄武岩层，我们再熟悉不过的黑色火山岩，覆盖了整个岩石行星的表面。当玄武岩在地下深处被加热时，会部分融化形成富含硅和铝的岩浆——花岗质岩浆，因为密度比周围的基岩要小，所以会上升到地表。火星和月球的质量不足以产生足够的热量来把玄武岩加热到这个程度，但地球的内热完全足以产生花岗岩。花岗岩融化后可以产生上百种新矿物，因为这个过程会把硼，锂，铍，铯，钽等稀有元素集中到成分复杂的伟晶岩里（London，2008,2012）。
碧玺、石榴石、长石. 产地：阿富汗(Paprok, Kamdesh District, Nuristan, Afghanistan)
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关于伟晶岩成矿过程的时间问题，我们的矿物演化研究引出了两个惊人的发现。首先，现在看来，要形成很多熟悉的伟晶岩矿物所需的元素集中过程可能要数十亿年的时间。Edward Grew在缅因大学（Grew和Hazen，2013）证明了数十种含铍矿物最早出现的时间并且发现在带来矿物元素的液体中富集Be需要花费非常长的时间——数亿年的水岩相互作用才能慢慢把Be和其它元素集中到足以形成绿柱石和其它矿物的程度。
海蓝宝，产自巴基斯坦Skardu，Shigar Valley（MIM #1092）。Ex Gene Meieran收藏，ex Fine Minerals International；要聚集足够的铍等元素来形成伟晶绿柱石等矿物，可能需要超过10亿年的水岩相互作用。
第二个关于成矿时间的惊人之处在于矿物的形成是阶段性的。我们对铍，硼，铜，汞和钼的研究揭示出5个持续时间达1亿年左右的生产力爆发阶段，由更长得多的时期间隔开来，而在那些时期，只形成了很少几个矿藏。令人惊叹的是，这些高生产力阶段紧紧联系着超级大陆的形成时期——地球上绝大多数的陆地聚集在一起形成一块巨大的陆地。当陆地碰撞在一起，巨大的热量和循环的液体形成一个动荡剧烈的环境，稀有元素最快被溶解并集中，接着在地球上最大的一些矿藏区（和最大的标本采集区）沉淀下来。
蓝晶石. 产地：巴西(Barra do Salinas district, Barra do Salinas, Coronel Murta, Minas Gerais, Brazil)
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板块构造的过程促进了火山活动的新模式，富含矿物的流体被传送到地表。富含金属元素的火山流体形成了许多大型矿藏区，包含了数百种新的硫化物和磺酸盐，囊括了收藏者们喜爱的所有种类，例如黄铁矿，闪锌矿和辉银矿以及在矿物收藏中常见的数百种矿物。板块碰撞的过程也把高压环境下形成的矿物带到了地表，例如十字石，蓝晶石，硬玉和钻石。我们估计总共有大约1500种矿物通过地球上复杂的物理和化学作用上升到了地表。
但这里出现了一个谜题。目前地球上已经发现了超过5000种矿物，但我们已然了解的物理化学作用过程看来只产生了约1500种不同的矿物。剩下的矿物是从哪来的呢？答案是生命。
生命与矿物
对生命在矿物形成过程——岩石圈和生物圈的共同演化——中所扮演角色的不断认同展现出一个矿物学上的巨大转变。不久之前，在大学的地球科学课程中生物学毫无地位；矿物学家在物理学和化学方面却了解甚多，矿物标本也被排除了地质背景，当做独立的物品来研究。（事实上，对矿物的定义中就有“无机”这样一个词汇）不妨想想，有多少矿物博物馆会记录下那些标本的年龄呢？
我们现在了解到生物学和矿物学有着本质的联系。举个例子，大部分探究生命起源的模型都会至少在某些过程中需求矿物的参与——合成关键生物分子，保护这些分子并进一步组合等等更多功能（Hazen，2006）。而现在我们意识到生命也会反过来产生新的矿物。
蓝细菌（人为染色过），或说蓝绿水藻，是地球上最古老的生命形式之一，可以追溯到25亿年前。大约24亿年前，蓝细菌在光合作用中把气态氧作为副产品生存出来，是当时地球大气中迅速增加的所有氧气的来源，加快了许多我们今天熟知的氧化矿物的形成。BASF摄影。
最早受到生物影响而形成的矿物可以追溯到约40亿年前，玄武岩和很多其他火山岩在化学上其实是“还原”的，也就是说和地表环境相比，原子里拥有相对过量的电子，最原始的微生物利用了这一点，通过加快“氧化-还原”反应来获得能量，这个过程实际上就是在转移电子并制造矿物。这些原始微生物所扮演的角色就像小小的电池；电子从微生物体内流过，带来用以生存的能量。这个过程制造了许多矿物，包括磷酸盐，碳酸盐和氧化物。这种过程能形成非常巨大的矿藏——地球上最大的一些铁，锰和磷矿就是这样形成的——但很少有新的矿物种类因此形成，如果不是完全没有的话。微生物只不过是更有效率地利用了可能在地球表面任何地方发生的化学反应而已。
黑锰矿. 产地：南非(N'Chwaning II Mine, N'Chwaning Mines, Kuruman, Kalahari manganese field, Northern Cape, South Africa)
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真正改变游戏规则的——把地球变得丰富多彩的生物事件——是始于25亿年前，生物产生氧气这一突破。能进行光合作用产生氧气的蓝细菌不断进化并分布扩散，绿色植物利用阳光把水，二氧化碳合成为生物分子，把氧气作为废品释放出来，导致地表环境剧烈变化，为数千种新矿物的出现提供了可能。我们估计大约2/3的矿物种类是大气中氧气含量增加的结果，所以称之为“氧化大事件”。
这一断言的证据来自地球化学——通过对不同矿物形成时所必需的环境条件进行计算的结果。具体而言，很多矿物对氧气的化学活性（逸度）很敏感，地球历史最开始的20亿年里，基本上没有分子态的氧气（我们平时呼吸的那种）可供利用。大部分铁都处于更加还原，富电子的亚铁态，记作Fe2+。只要氧分子一出现，黑色的亚铁就会迅速氧化为红色的三价铁状态——铁锈的常见颜色。因此，在地球历史上非常长的一段时期里，近地表的氧化还原状态是一个缓冲的过程——停滞在一个固定的状态，Fe2+和Fe3+同时存在，大气和海洋中的氧气一被细菌生产出来就被消耗掉了。
磁铁矿. 产地：罗马尼亚(Ocna de Fier, Caraş-Severin, Romania)
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地球化学家用一个简单的对数标度来标记氧逸度，从而量化这一情况。只要Fe2+在近地表环境大量存在——包括海水，岩石和陆地土壤——那么氧逸度就停滞在10－72这一水平。很少有新矿物能够形成，因为我们今天知道的大部分含氧矿物都是在更高很多的氧逸度下才形成的。大部分含铁，锰，钴，镍，钒和铜——我们称之为过渡元素——的矿物都需要氧气浓度高很多的大气环境才能形成。同样地，大部分含铀，钼，砷，锑，硒，硫和磷以及其它数十种元素的矿物也无法在氧化大事件之前形成。氧逸度决定了哪些矿物能或不能形成。
成矿环境：不同金属氧化物的稳定性与大气中氧气含量（氧逸度）相关，从元素单质（红色表示）开始，随时间变化到右边情况，光合作用微生物产生的氧气不断累积。不同氧化状态间的界限很接近，不同矿物品种也有所不同。
只要这两种含铁和氧的矿物，赤铁矿和磁铁矿凝结沉淀下来，正如25亿年前大规模发生的那样，当时地球近地表的氧逸度一直处于缓冲状态，大部分矿物都无法形成。后来进行光合作用的蓝细菌增殖到了一个临界点，氧气的产生速度超过了未氧化的铁元素吸收和隔离氧气的速度，导致了氧化大事件的发生。足足花了数亿年时间，地球环境才从大气中氧逸度只有10－72，海洋中富含亚铁，转变为大气中氧气丰富，海洋中几乎没有铁元素——我们现在所生存的环境。
彩色矿物的兴起
氧化大事件在矿物界引起的后果是什么呢？有一种我们都知道的矿物是在25亿年前大量形成的，那就是菱铁矿。要形成菱铁矿，氧逸度必需低于10－68——与赤铁矿-磁铁矿缓冲时期差不多的水平。但在这种情况下许多矿物都无法形成。想想铜元素：自然铜在氧逸度低于10－52时是很稳定的，所以自然铜和硫化铜能在地球历史早期结晶形成。但所含铜元素氧化程度更高的矿物需要更高的氧逸度才能形成，包括含Cu1+的漂亮红色矿物赤铜矿，或者含氧化程度更高的Cu2+的绿色和蓝色矿物。要想形成蓝铜矿和孔雀石这样的美丽矿物，氧逸度必需高于10－38。因此，我们认为没有一种受大家喜爱的彩色含铜矿物是在25亿年前形成的。
同样的氧逸度难关限制了上百种美丽的黄色或橙色含铀矿物的形成，还有绿色的含镍矿物，紫色的含钴矿物，等等。
钴方解石、孔雀石、蓝铜矿.产地：刚果(Mashamba West Mine, Kolwezi mining district, Lualaba, DR Congo)
绿色孔雀石交代了蓝铜矿，保留了蓝铜矿的晶体形态，与围岩上生长的艳丽的粉色含钴方解石共生。
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所有这些元素都能放在氧逸度的标准上进行考量，这进一步强调了生物制造的氧气在成矿过程中的重要性。在氧化大事件之前，地球表面的氧逸度被限制在约10－90（可能是铁陨石坠落地点附近的状态）到10－60（可能是受光氧化过程影响的地表环境）之间。今天，氧逸度的变化范围已经增加了3倍，近地表的氧逸度变化范围为10－90到1（纯氧环境的水平）。难怪矿物的种类也增加了3倍。氧化大事件为数千种矿物打开了大门，让地球上的矿物王国比以往任何时候都更加丰富多彩。
三叶虫（Erbenochileerbeni，来自摩洛哥泥盆系）的复眼，每一只都是一个具有晶体取向，校正了颜色偏差的方解石晶体。Hazen收藏，亚利桑那大学；Moussa Direct Ltd.图像存档。
随着地球表面的氧化过程不断进行，生命创造新矿物的努力并没有到此为止。另一波受生命影响的矿物浪潮发生于约5.4亿年前，原始的海洋生物开始形成矿质的壳体，紧随其后还有骨骼和牙齿。这些坚硬的部位来自于我们熟悉的矿物——碳酸盐，磷酸盐和二氧化硅——但被塑造成了狂野而夸张的新形状。三叶虫尤其令人惊叹，不仅在于具有审美趣味的对称骨骼结构，还有令人叹为观止的眼睛。每一个微小的眼面都由一个方解石晶体组成，而且晶体学上的c轴直直指向外面（用于消除双折射）。方解石虽然是透明的，通透度却很低，因为红光和蓝光的折射情况不同。更为惊人的是，在三叶虫的方解石透镜内，镁和钙元素呈现出放射状的排列规律——变化的Mg：Ca比例校正了色彩的偏差，使得三叶虫能通过准确的对焦观察周围环境。
白云石,方解石,闪锌矿,黄铜矿.产地：美国(Ben Hogan Quarry, Black Rock, Lawrence County Zinc Mining District, Lawrence Co., Arkansas, USA)
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水晶. 产地：纳米比亚(Goboboseb Mountains, Brandberg Area, Dâures Constituency, Erongo Region, Namibia)
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白钨矿，中国四川，平武，雪宝顶。Mim Museum收藏；Augustin de Valence摄影。
砷铅矿，产自纳米比亚Tsumeb矿；1972年产出。Jim Gibbs收藏；Joe Budd摄影。
最终，随着不同植物和动物以及整个陆地生物圈的兴起，生命为新矿物的形成翻开了又一个篇章。我们从腐烂的仙人掌，枯朽的木头和蝙蝠的粪便中发现了数十种碳基的“有机矿物”。
微生物也会影响许多矿物的储藏，从泥土中的黏土矿物到各种铁和锰的氧化物，直到今天仍然在地表环境中不断产生。
地球上“失踪”的矿物
矿物演化为我们提供了一个框架来理解在地球上超过5000种已知矿物的起源中，各种物理，化学和生物过程所扮演的角色。矿物由一套复杂的演化系统形成这一事实具有更深的含义，不仅是对于我们已经发现的矿物，更对于那些我们现在还未发现的矿物。所有的演化系统都展示出某种确定的特征（Hazen和Eldredge，2010）：这些系统在不同的阶段随着时间而呈现出多样化的特征；每一个演化上的进步都承上启下地跟随着上一个进步；有时系统迅速演化，有时却又长期保持一个几乎不变的状态；所有的系统都经历过灭绝停滞的阶段，及随后的快速发展；而且所有复杂的演化系统都受到必然性（无可避免的事件）和偶然性（生物学或历史上的偶然事件；Gould 1989）的影响。
在这种情况下，我们有充分的理由提出这个问题，现在地球上看到的矿物是必然会出现的，还是矿物学上的某种偶然事件？如果地球历史从同样的起点重新开始，会有同样的矿物出现吗（就像现在生物学家对动物进化所作的猜想一样）？在其它演化系统里，这样的问题长久以来属于哲学的范畴（尤其是在生物哲学方面），因为没有哪种明显的方式可以让一切从头开始，看会发生什么。看起来，好像这个问题在矿物学上也是无解的。
然而事实并不是这样，矿物演化是一个特殊的个案，它在必然性之中仍然可以洞察偶然性的方方面面。不像其它复杂的系统，矿物有丰富的数据资料，包括超过5000个矿物品种（rruff.info/ima）的列表和数不清的矿物产地（mindat.org;包括超过650000条关于矿物种类和产地的数据）。在一项称为“矿物生态学”的工作中，我们正在调查矿物的多样性和分布情况（Hazen等，2015）。
对丰富的矿物来源信息进行统计学分析后揭示出矿物种类的分布遵从一个类似于书本中文字的模式。我们知道有一些常见的词在任何文献中都被频繁使用（比如“个”，“和”，“的”），但绝大部分的词汇并没有这么常见，只是偶尔使用。这些更不常见的词汇，经常用来判断作者和写作风格，是遵从大量稀有事件（Large Number of Rare Event，或LNRE）频率分布的典型案例。如果我们有一份没有签名的书或手稿——比如，可能是莎士比亚或狄更斯写的——特征性的LNRE分布或许就可以帮我们找出作者是谁（Baayen，2001）。
我们的研究团队现在把同样的统计学方法应用在矿物种类的分布上，我们发现类似的LNRE分布也适用于矿物上面（Hystad等，2015）。大约有100种矿物，比如水晶，方解石，记录在案的产地多达1000多个，还有几百种矿物有几百个产地。然而，大约1100种矿物——超过所有记录的矿物种类的22%——只记录下来一个产地，还有超过一半的已知矿物种类只发现了5个以内的产地数量。
鉴于大部分的矿物种类都是非常稀有的，这样倾斜的分布情况在用已经建立的LNRE统计学方法进行分析时具有更加深远的意义。比如，我们可以推测还有多少种矿物没有被发现——地球上还有多少种矿物“失踪”。这种推测并非空穴来风，因为我们的模型可以揭露出一个新的矿物-产地信息（加入mindat.org上已经存在的超过650000条信息的新信息）有多大可能意味着一种新矿物的出现。我们据此推测以目前的技术水平还有大约1500种矿物尚待发现。当然，如果有新的方法来发现矿物（比如，用电子显微镜来发现纳米级别矿物的常规方法），那么这个数目还有待增加。
我们可以进一步把同样的分析用在矿物亚群上。举个例子，我们对已知的112种含铍矿物进行分析的结论指出，地球上还有约90种含铍矿物没有被鉴定出来。还有非常多的矿物等着我们去收藏呢！
最终，这些新的统计学方法允许我们提出这个问题：“如果把地球的历史从头开始，最后观察到的矿物世界会有多相似或多不同呢？”答案很惊人：因为大部分的矿物品种都很稀有，如果地球历史重来一遍，我们重新收集到约5000种矿物，大约25%的矿物种类会不一样——总共超过1000种的稀有矿物。最常见的矿物，像水晶和方解石的数量仍然会在地壳中占主导地位，但那些稀有的品种——造就了地球矿物世界多样性的那些矿物品种，还有很多收藏家的陈列室都会大不一样。
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由这个分析进一步得出结论，不管在已知的宇宙里——比我们的世界更大约1022倍，具备陆地的行星有多少，我们可以凭借可靠证据勇敢地说，地球的矿物环境是独一无二的（Hystad等，2015b）。因此我们发现，地球，不仅在丰富的生态系统上是所有行星中独一无二的，在壮美的矿物领域也是独一无二的。
拓展阅读
想更多了解本文中提到的观点和原理，可以参考Robert Hazen所著The Story of Earth（Viking-Panguin，2012）。这本书专为受过教育的门外汉编写，详细记载了地球超过45亿年的历史，讲述了科学家们发现矿物演化的起源和探索岩石圈与生物圈共同演化关系的故事。
（作者：Robert M.Hazen
参考资料
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