تطور المعادن

العمليات

كذلك، بعد تكوّن المجموعة الشمسية، حرّكت تطورَ المعادن ثلاثُ آليات رئيسية: فصل العناصر وتركيزها؛ واتساع نطاقات درجات الحرارة والضغط مقترنًا بالتأثير الكيميائي للمواد المتطايرة؛ ومسارات تفاعل جديدة تقودها الكائنات الحية.

حقبة التأثير البشري

ومن جهة أخرى، لا تعترف الجمعية الدولية للمعادن (IMA)، بالمعنى الدقيق، بالمعادن الحيوية المنشأ الخالصة ما لم تشارك في تكوينها عمليات جيولوجية كذلك؛ فالنواتج الحيوية الخالصة مثل أصداف الكائنات البحرية غير مقبولة. كما تُستبعد صراحةً المركبات البشرية المنشأ. غير أن تأثير البشر في سطح الكوكب بلغ حدًا جعل الجيولوجيين ينظرون في استحداث وحدة زمنية جيولوجية جديدة هي حقبة التأثير البشري، لتسجيل هذه التغيرات.

من جانب آخر، وحدد هازن وزملاؤه ثلاث طرق أثّر بها البشر تأثيرًا كبيرًا في توزع المعادن وتنوعها، أولاها التصنيع؛ إذ تمتلك قائمة طويلة من البلورات الاصطناعية نظائر معدنية، منها الأحجار الكريمة الاصطناعية والخزف والطوب والإسمنت والبطاريات. وليس لكثير غيرها نظير معدني، إذ تضم قاعدة بيانات البنى البلورية غير العضوية أكثر من 180,000 مركب بلوري غير عضوي. ولأغراض التعدين أو إنشاء البنى التحتية، أعاد البشر توزيع الصخور والرواسب والمعادن على نطاق يضاهي نطاق التجلد، كما أعادوا توزيع المعادن الثمينة وجمعوا بينها بطرق لا تحدث طبيعيًا.

من جانب آخر، وفي عام 2015، اقترح زالاسيفيتش وزملاؤه توسيع تعريف المعادن ليشمل المعادن البشرية المنشأ، وعدّ إنتاجها المرحلة الحادية عشرة من تطور المعادن. وفيما بعد، صنّف هازن وزملاؤه 208 معادن تعترف بها الجمعية الدولية للمعادن رسميًا، لكنها ناتجة أساسًا أو حصرًا عن الأنشطة البشرية. وتكوّن أغلبها في سياق التعدين، في حين نشأ بعضها عندما غرقت مصنوعات فلزية وتفاعلت مع قاع البحر. ولعل بعضها ما كان ليحظى باعتراف رسمي اليوم، لكنه أُبقي في القائمة؛ ومن هذه المعادن اثنان (النيوبوكربيد و) ربما كانا خدعة.

أصل الحياة

من جهة ثانية، تدين أكثر من ثلثي الأنواع المعدنية بوجودها للحياة، لكن الحياة ربما تدين هي كذلك بوجودها للمعادن. فربما احتاجت إليها قوالبَ لجمع الجزيئات العضوية معًا، ومحفزات للتفاعلات الكيميائية، ومستقلبات. وتقوم نظريتان بارزتان في أصل الحياة على الصلصال وكبريتيدات الفلزات الانتقالية. وتذهب نظرية أخرى إلى أن معادن بورات الكالسيوم مثل الكوليمانيت والبورات، وربما الموليبدات كذلك، كانت لازمة لتكوّن أول حمض نووي ريبوزي (RNA). وتتطلب نظريات أخرى معادن أقل شيوعًا مثل أو . ويشمل فهرس للمعادن التي تكوّنت خلال الدهر الجهنمي معادنَ الصلصال وكبريتيدات الحديد والنيكل، ومنها الماكيناويت والغريغيت، لكن من غير المرجح أنه ضم البورات والموليبدات.

في هذا الإطار، وربما كانت المعادن ضرورية كذلك لبقاء الحياة المبكرة. فمثلًا، يتميز المرو بشفافية أكبر من غيره من المعادن في الحجر الرملي. وقبل أن تطور الحياة أخضابًا تحميها من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، كان بإمكان طبقة رقيقة من المرو أن تحجبها عنها مع السماح بمرور ضوء كافٍ للتركيب الضوئي. وربما كانت معادن الفوسفات مهمة للحياة المبكرة كذلك؛ فالفسفور أحد العناصر الأساسية في جزيئات مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهو ناقل الطاقة الموجود في جميع الخلايا الحية، وفي الحمض النووي الريبوزي والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين، وفي الأغشية الخلوية. ويوجد أغلب فسفور الأرض في النواة والوشاح، وأرجح الآليات لإتاحته للحياة تكوّنُ فوسفات مثل الأباتيت عبر التجزئة، ثم تجويتها لتحرير الفسفور. وربما تطلّب ذلك حركة الصفائح التكتونية.

المعادن الناشئة بوساطة حيوية

ومن ناحية أخرى، قبل نحو 2.45 مليار سنة، كان الغلاف الجوي يكاد يخلو من الأكسجين. وربما أدت الحياة دورًا في ترسيب طبقات كربونية ضخمة بالقرب من حواف القارات، وفي ترسب تكوينات الحديد الحزامية، لكن لا يوجد دليل قاطع على تأثير الحياة في المعادن.

ومن ناحية أخرى، أنتجت العمليات اللاعضوية الموصوفة في القسم السابق نحو 1500 نوع معدني. أما بقية معادن الأرض، وهي أكثر من الثلثين، فنتجت عن تحويل الكائنات الحية للأرض. وجاءت أكبر مساهمة من الارتفاع الهائل في محتوى الغلاف الجوي من الأكسجين، بدءًا بحدث الأكسدة الكبير. وبدأت الكائنات الحية كذلك في إنتاج الهياكل وأشكال أخرى من التمعدن الحيوي. ويمكن عدّ معادن مثل الكالسيت وأكاسيد الفلزات وكثير من معادن الصلصال بصمات حيوية، إلى جانب أحجار كريمة مثل الفيروز والأزوريت والمالاكيت.

المرحلة 6: الحياة في عالم خالٍ من الأكسجين

الفصل والتركيز

ومن ناحية أخرى، يستند أعلى مستوى في تصنيف المعادن إلى التركيب الكيميائي. غير أن العناصر المميِّزة لكثير من المجموعات المعدنية، مثل البورون في البورات والفسفور في الفوسفات، كانت موجودة في البداية بتراكيز لا تتجاوز أجزاءً في المليون أو أقل. ولم يترك ذلك فرصة تُذكر لاجتماعها وتكوين معادن إلى أن ركّزتها مؤثرات خارجية. ومن العمليات التي تفصل العناصر وتركزها تمايز الكواكب (كانفصالها إلى طبقات مثل النواة والوشاح)، والتغزية، والتبلور التجزيئي، والانصهار الجزئي.

إعادة تشكيل القشرة والوشاح

إضافةً إلى ذلك، بدأت الحقبة الثانية من تاريخ تطور المعادن بالاصطدام الهائل الذي كوّن القمر، وهو اصطدام صهر أغلب القشرة والوشاح. وتحددت المعادن المبكرة بتبلور الصخور النارية وبمزيد من الاصطدامات. ثم حلّت محل هذه المرحلة إعادةُ تدوير واسعة للقشرة والوشاح، حتى بلغ عدد الأنواع المعدنية في نهاية هذه الحقبة نحو 1500 نوع. غير أن قلة من صخور تلك الفترة بقيت حتى اليوم، ولذلك لا يزال توقيت كثير من الأحداث غير مؤكد.

المرحلة 4: تكوّن الصخور الجرانيتية والبيغماتيت

إضافةً إلى ذلك، مع توافر قدر كافٍ من الحرارة، أُعيد صهر البازلت ليكوّن الصخور الجرانيتية، وهي صخور خشنة الحبيبات تشبه الجرانيت. وركّزت دورات الانصهار عناصر نادرة مثل الليثيوم والبيريليوم والبورون والنيوبيوم والتانتالوم واليورانيوم إلى حد أتاح لها تكوين 500 معدن جديد. ويتركز كثير من هذه المعادن في صخور بالغة الخشونة تُسمّى البيغماتيت، توجد عادةً في الجُدد القاطعة والعروق بالقرب من الكتل النارية الأكبر. وربما بلغ كوكب الزهرة هذا المستوى من التطور.

المعادن قبل الشمسية

إضافةً إلى ذلك، وتوجد أدلة على هذه المعادن في حبيبات بين نجمية اندمجت في نيازك بدائية تُسمّى الكوندريتات، وهي في جوهرها صخور رسوبية كونية. ويبلغ عدد الأنواع المعروفة منها نحو اثني عشر نوعًا، مع أن مواد أخرى عديدة رُصدت دون أن تُصنَّف معادن. ولأن الألماس يتبلور عند درجة حرارة مرتفعة (نحو )، فقد كان على الأرجح أول معدن يتكوّن. وتلته معادن الغرافيت، والأكاسيد (الروتيل والكورندم واللعل و)، والكربيدات (المواسانيت)، والنتريدات ( ونتريد السيليكون)، والسيليكات ( وبيروفسكيت السيليكات (MgSiO3)). وقد بذرت هذه «المعادن الأولية» السحب الجزيئية التي تكوّنت منها المجموعة الشمسية.

إضافةً إلى ذلك، لم تكن في الكون المبكر أي معادن، لأن العناصر المتاحة حينها اقتصرت على الهيدروجين والهيليوم وكميات ضئيلة من الليثيوم. وأصبح تكوّن المعادن ممكنًا بعد أن تخلّقت في النجوم عناصرُ أثقل، منها الكربون والأكسجين والسيليكون والنيتروجين. وتكوّنت معادن مجهرية في الأغلفة الجوية المتمددة للعمالقة الحمر وفي المقذوفات الناتجة عن المستعرات العظمى، عند درجات حرارة تتجاوز .

الخواص المكثفة والمواد المتطايرة

وفي هذا السياق، تحدد الديناميكا الحرارية التوليفاتِ المسموح بها من العناصر في المعادن؛ فلكي يُضاف عنصر إلى بلورة في موضع معين، ينبغي أن يؤدي ذلك إلى خفض الطاقة. وعند درجات الحرارة المرتفعة، تكون عناصر كثيرة قابلة للتبادل في معادن مثل الزبرجد الزيتوني. ومع تبرد الكوكب، تعرضت المعادن لنطاق أوسع من الخواص المكثفة مثل درجة الحرارة والضغط، مما أتاح تكوّن أطوار جديدة وتوليفات أكثر تخصصًا من العناصر، مثل معادن الصلصال والزيوليتات. وتتكون معادن جديدة عندما تتفاعل معها مركبات متطايرة مثل الماء وثنائي أكسيد الكربون والأكسجين (O2). وتتميز بيئات مثل الأغطية الجليدية والبحيرات الجافة والصخور المتحولة المكشوفة بعد دفنها بمجموعات مميزة من المعادن.

المرحلة 3: العمليات النارية

من جهة ثانية، ومن المصادر القليلة للمعلومات المباشرة عن معادن هذه المرحلة التضميناتُ المعدنية في بلورات الزركون، التي يعود أقدمها إلى 4.4 مليار سنة. ومن المعادن الموجودة في هذه التضمينات المرو والمسكوفيت والبيوتيت والفلسبار البوتاسي والألبيت والكلوريت والهورنبلند.

من جهة ثانية، وفي جرم فقير بالمواد المتطايرة مثل عطارد والقمر، تُنتج العمليات السابقة نحو 350 نوعًا معدنيًا، ويزداد هذا العدد إذا وُجد الماء والمواد المتطايرة الأخرى. وكانت الأرض غنية بالمواد المتطايرة، إذ كان غلافها الجوي يتألف من N2 وCO2 والماء، وكان لها محيط تزداد ملوحته باطراد. وأدت البركانية والتغزية والإماهة إلى تكوّن الهيدروكسيدات والهيدرات والكربونات والمتبخرات. ويُقدَّر عدد المعادن الواسعة الانتشار على الأرض، حيث تتزامن هذه المرحلة مع الدهر الجهنمي، بنحو 420 معدنًا، إضافة إلى أكثر من 100 معدن نادر. ومن المرجح أن المريخ بلغ هذه المرحلة من تطور المعادن.

وفي هذا الصدد، بدأت المرحلة 3 بقشرة مكونة من صخور مافية (غنية بالحديد والمغنيسيوم) وفوق مافية مثل البازلت. وأُعيد تدوير هذه الصخور مرارًا عبر الانصهار التجزيئي والتبلور التجزيئي وانفصال الصهارات غير القابلة للامتزاج، ومن أمثلة هذه العمليات سلسلة باون التفاعلية.

المرحلة 9: الأرض كرة ثلج

إضافةً إلى ذلك، بين 1.0 و0.542 مليار سنة مضت، شهدت الأرض حدثين على الأقل من أحداث «الأرض كرة ثلج»، غطى الجليد خلالها جزءًا كبيرًا من سطحها (وربما سطحها كله)، فأصبح المعدن السائد على السطح. وارتبطت بالجليد أغطيةُ الكربونات، وهي طبقات سميكة من الحجر الجيري أو الدولوميت تتخللها مراوح من الأراجونيت. كما تكوّنت معادن الصلصال بوفرة، وتمكنت البراكين من اختراق الجليد والإضافة إلى رصيد المعادن.

التاريخ

من جانب آخر، ظل علم المعادن طوال أغلب تاريخه خاليًا من أي بُعد تاريخي، إذ انصب اهتمامه على تصنيف المعادن وفق خصائصها الكيميائية والفيزيائية (مثل الصيغة الكيميائية والبنية البلورية)، وعلى تحديد ظروف استقرار معدن أو مجموعة من المعادن. غير أن ثمة استثناءات تناولت فيها منشوراتٌ توزعَ أعمار المعادن أو الخامات. ففي سنة 1960، اكتشف راسل غوردون غاستيل دورات في توزع تواريخ المعادن. ولاحظ تشارلز ماير أن خامات بعض العناصر تتوزع على مدى زمني أوسع من غيرها، فعزا هذا الفرق إلى تأثيرات التكتونيات والكتلة الحيوية في كيمياء السطح، ولا سيما الأكسجين الحر والكربون. وفي عام 1979، قدّم إيه. جي. جابين مفهوم مراحل تطور المعادن في مجلة الصادرة باللغة الروسية، ثم لاحظ إن. بي. يوشكين عام 1982 تزايد تعقيد المعادن بمرور الزمن قرب سطح الأرض. وفيما بعد، قدّم هازن وزملاؤه عام 2008 رؤية أوسع وأكثر تفصيلًا لتطور المعادن، تلتها سلسلة من الاستكشافات الكمية لتطور مجموعات معدنية مختلفة. وأفضت هذه الدراسات عام 2015 إلى مفهوم بيئة المعادن ، أي دراسة توزع المعادن في المكان والزمان.

• ملاحظات
• المراجع
• للاستزادة
• وصلات خارجية

في هذا الإطار، وفي أبريل 2017، افتتح متحف التاريخ الطبيعي في فيينا معرضًا دائمًا جديدًا عن تطور المعادن.

تنامي الكواكب

وفي السياق ذاته، في الحقبة الأولى، اشتعلت الشمس فسخّنت السحابة الجزيئية المحيطة بها، ونتج عن ذلك 60 معدنًا جديدًا حُفظت في صورة تضمينات داخل الكوندريتات. ثم رفع تنامي الغبار إلى كويكبات وكواكب، إلى جانب الاصطدامات والتسخين والتفاعلات مع الماء، العددَ إلى 250 معدنًا.

أبحاث لاحقة

علاوةً على ذلك، أُجريت منذ الورقة الأصلية حول تطور المعادن دراسات عدة على معادن عناصر بعينها، منها اليورانيوم والثوريوم والزئبق والكربون والبيريليوم، إضافة إلى معادن الصلصال. وتكشف هذه الدراسات معلومات عن عمليات مختلفة؛ فاليورانيوم والثوريوم مثلًا عنصران مولّدان للحرارة، في حين يدل اليورانيوم والكربون على حالة الأكسدة. وتكشف السجلات عن دفعات متقطعة من المعادن الجديدة، مثل تلك التي ظهرت خلال المليار الممل، وعن فترات طويلة لم تظهر فيها معادن جديدة. فمثلًا، لم تظهر معادن زئبق جديدة بين 1.8 مليار سنة و600 مليون سنة مضت، بعد قفزة في التنوع خلال تجمّع كولومبيا. ويُعزى هذا الانقطاع الطويل اللافت إلى محيط غني بالكبريتيد أدى إلى ترسب سريع لمعدن الزنجفر.

إضافةً إلى ذلك، وتناولت دراسات أخرى التغيرات الزمنية في خصائص المعادن، مثل النسب النظيرية والتراكيب الكيميائية والوفرة النسبية للمعادن، وإن لم يكن ذلك تحت مسمى «تطور المعادن».

علاوةً على ذلك، وتناولت أغلب أوراق تطور المعادن أول ظهور للمعادن، لكن يمكن كذلك دراسة التوزع العمري لمعدن بعينه. فقد جرى تأريخ ملايين من بلورات الزركون، ويكاد توزعها العمري يكون مستقلًا عن مكان العثور عليها (كالصخور النارية، أو الرسوبية أو الرسوبية المتحولة، أو رمال الأنهار الحديثة). ويشتمل هذا التوزع على قمم وقيعان ترتبط بدورة القارات العظمى، وإن ظل غير واضح ما إذا كان ذلك يعود إلى تغيرات في نشاط الانضواء أو في حفظ الصخور.

المرحلة 1: اشتعال الشمس

في هذا الإطار، قبل 4.56 مليار سنة، كان السديم السابق للمجموعة الشمسية سحابة جزيئية كثيفة تتألف من غازي الهيدروجين والهيليوم، وتتناثر فيها حبيبات الغبار. وعندما اشتعلت الشمس ودخلت طور نجم T الثور، صهرت حبيبات الغبار القريبة منها. واندمجت بعض القطيرات المنصهرة في الكوندريتات على هيئة أجسام كروية صغيرة تُسمّى الكوندرولات. وتحتوي جميع الكوندريتات على وجه التقريب كذلك على تضمينات غنية بالكالسيوم والألومنيوم، وهي أقدم المواد التي تكوّنت في المجموعة الشمسية. ويمكن من خلال فحص كوندريتات هذه الحقبة تحديد 60 معدنًا جديدًا ذات بنى بلورية تنتمي إلى جميع الأنظمة البلورية. وشملت هذه المعادن أولى سبائك الحديد والنيكل، والكبريتيدات، والفوسفيدات، وعددًا من السيليكات والأكاسيد. وكان من أهمها الزبرجد الزيتوني الغني بالمغنيسيوم، والبيروكسين الغني بالمغنيسيوم، والبلاجيوكلاس. ويمكن العثور في كوندريتات الإنستاتيت على بعض المعادن النادرة التي نشأت في بيئات فقيرة بالأكسجين لم تعد موجودة على الأرض.

التسلسل الزمني

وفي هذا السياق، كان عدد المعادن قبل تكوّن المجموعة الشمسية نحو 12 معدنًا. أما تقدير عددها الحالي فيتغير بسرعة؛ إذ بلغ 4300 عام 2008، في حين بلغ عدد الأنواع المعدنية المعترف بها رسميًا 5413 نوعًا في نوفمبر 2018.

من جانب آخر، وقسّم هازن وزملاؤه (2008)، في تسلسلهم الزمني الخاص بالأرض، التغيرات في وفرة المعادن إلى ثلاث فترات واسعة: تنامي الكواكب حتى 4.55 مليار سنة مضت؛ وإعادة تشكيل قشرة الأرض ووشاحها بين 4.55 و2.5 مليار سنة مضت؛ والمؤثرات الحيوية بعد 2.5 مليار سنة مضت. ثم قسّموا هذه الحقب إلى 10 فترات يتداخل بعضها مع بعض. ولا تزال بعض التواريخ غير مؤكدة؛ فمثلًا، تتراوح تقديرات بداية حركة الصفائح التكتونية بصورتها الحديثة بين 4.5 و1.0 مليار سنة مضت.

المرحلة 5: الصفائح التكتونية

علاوةً على ذلك، مع بدء حركة الصفائح التكتونية، نقل الانضواء القشرة والماء إلى الأعماق، مما أدى إلى تفاعلات بين الموائع والصخور وإلى مزيد من تركيز العناصر النادرة. وتكوّنت على وجه الخصوص رواسب كبريتيدية تضم 150 معدنًا جديدًا من معادن أملاح السلفو. كما نقل الانضواء صخورًا أبرد إلى الوشاح وعرّضها لضغوط أعلى، فنتجت أطوار جديدة رُفعت لاحقًا إلى السطح وانكشفت في صورة معادن متحولة مثل الكيانيت و.

المرحلة 8: المحيط الوسيط

ومن ناحية أخرى، يُشار غالبًا إلى نحو مليار السنة التالية (1.85–0.85 مليار سنة مضت) باسم «المليار الممل»، لقلة ما بدا أنه وقع خلالها من أحداث. فقد تعمقت ببطء طبقة مياه المحيط الأكثر تأكسدًا قرب السطح على حساب الأعماق الفقيرة بالأكسجين، لكن لم يظهر أي تغير جذري في المناخ أو الحياة أو المعادن. غير أن هذا الانطباع قد يعود جزئيًا إلى سوء حفظ صخور تلك الحقبة. وتوجد في صخور هذه الفترة كثير من أثمن احتياطيات العالم من الرصاص والزنك والفضة، إلى جانب مصادر غنية بمعادن البيريليوم والبورون واليورانيوم. وشهدت هذه الفترة كذلك تكوّن القارة العظمى كولومبيا وتفككها، ثم تكوّن رودينيا. وفي بعض الدراسات الكمية لمعادن البيريليوم والبورون والزئبق، لا تظهر معادن جديدة خلال حدث الأكسدة الكبير، بل تظهر دفعة من المعادن المستحدثة خلال تجمّع كولومبيا. ولا تزال أسباب ذلك غير واضحة، وربما كانت لها صلة بانطلاق الموائع المُمعدِنة خلال تكوّن الجبال.

التأثير الحيوي

وفي السياق ذاته، أحدثت الحياة تغيرات جذرية في البيئة، أبرزها حدث الأكسدة الكبير قبل نحو 2.4 مليار سنة، حين أغرقت الكائنات القائمة على التركيب الضوئي الغلافَ الجوي بالأكسجين. كما تحفّز الكائنات الحية تفاعلات تنتج معادن مثل الأراجونيت لا تكون في حالة اتزان مع محيطها.

المرحلة 2: تكوّن الكويكبيات الصغرية

في هذا الإطار، وفي نهاية المطاف، سُخّنت الكويكبات بما يكفي لحدوث انصهار جزئي، فنتجت منصهرات غنية بالبيروكسين والبلاجيوكلاس (قادرة على إنتاج البازلت) وطائفة من الفوسفات. وانفصلت العناصر المحبة للفلزات عن العناصر المحبة للسيليكات، مما أدى إلى تكوّن نواة وقشرة، واحتُجزت العناصر غير الملائمة في المنصهرات. وحُفظت المعادن الناتجة في نوع من النيازك الحجرية هو (ويضم المرو والفلسبار البوتاسي والتيتانيت والزركون)، وفي النيازك الحديدية النيكلية (وتضم سبائك الحديد والنيكل مثل الكاماسيت والتاينيت؛ وكبريتيدات الفلزات الانتقالية مثل الترويليت؛ والكربيدات والفوسفيدات). وتشير التقديرات إلى تكوّن 250 معدنًا جديدًا في هذه المرحلة.

وفي السياق ذاته، بعد وقت قصير من تكوّن المعادن الجديدة في المرحلة 1، بدأت تتكتل مكوّنةً الكويكبات والكواكب. وكان الجليد من أهم المعادن الجديدة؛ إذ كان في المجموعة الشمسية المبكرة حدٌّ ثلجي يفصل الكواكب الصخرية والكويكبات عن الكواكب العملاقة الغنية بالجليد والأجرام الواقعة وراء نبتون والمذنبات. وصهرت الحرارة المنبعثة من النويدات المشعة الجليدَ، فتفاعل الماء مع الصخور الغنية بالزبرجد الزيتوني مكوّنًا السيليكات الصفائحية، وأكاسيد مثل المغنيتيت، وكبريتيدات مثل البيروتيت، وكربونات مثل الدولوميت والكالسيت، والكبريتات مثل الجص. وأنتجت الصدمات والحرارة الناجمة عن الاصطدامات، ثم الانصهار في نهاية المطاف، معادن مثل الرينغووديت، وهو مكوّن رئيسي في وشاح الأرض.

المرحلة 10: دهر البشائر والتمعدن الحيوي

وفي هذا الصدد، تتزامن المرحلة الأخيرة مع دهر البشائر، الذي انتشر فيه التمعدن الحيوي، أي تكوين الكائنات الحية للمعادن، انتشارًا واسعًا. ومع أن بعض المعادن الحيوية توجد في سجلات أقدم، فإن أغلب الأشكال الهيكلية المعروفة نشأت خلال الانفجار الكمبري، وكذلك المعادن الهيكلية الرئيسية (الكالسيت والأراجونيت والأباتيت والأوبال). وأغلب هذه المعادن كربونات، وبعضها فوسفات أو كالسيت. وحُدِّد إجمالًا أكثر من 64 طورًا معدنيًا في الكائنات الحية، منها كبريتيدات وأكاسيد وهيدروكسيدات وسيليكات فلزية؛ ووُجد أكثر من 24 منها في جسم الإنسان.

علاوةً على ذلك، وقبل دهر البشائر، كانت اليابسة في أغلبها صخورًا جرداء، لكن النباتات بدأت تستعمرها في العصر السيلوري، مما أدى إلى زيادة إنتاج معادن الصلصال بمقدار عشرة أضعاف على وجه التقريب. وفي المحيطات، نقلت العوالق مادةَ كربونات الكالسيوم من المياه الضحلة إلى أعماق المحيط، مما ثبّط تكوّن أغطية الكربونات وقلّل احتمال وقوع أحداث مستقبلية من نوع الأرض كرة ثلج. وأصبحت الميكروبات كذلك جزءًا من الدورات الجيوكيميائية لأغلب العناصر، فتحولت إلى دورات حيوية جيولوجية كيميائية. وشملت المستجدات المعدنية معادن عضوية عُثر عليها في بقايا الحياة الغنية بالكربون مثل الفحم الحجري والطفل الصفحي الأسود.

المرحلة 7: حدث الأكسدة الكبير

كذلك، وعندما بلغ تركيز جزيئات الأكسجين في الغلاف الجوي 1% من مستواه الحالي، أصبحت التفاعلات الكيميائية المصاحبة للتجوية شبيهة إلى حد كبير بما هي عليه اليوم. فحلّت أكاسيد الحديد المغنيتيت والهيماتيت محل السيدريت والبيريت، وترسبت أيونات Fe2+ الذائبة التي كانت قد انتقلت إلى البحر في تكوينات حديد حزامية واسعة. غير أن ذلك لم يُنتج معادن حديد جديدة، بل غيّر وفرتها فحسب. وفي المقابل، أدت أكسدة اليورانينيت إلى تكوّن أكثر من 200 نوع جديد من معادن اليورانيل مثل و، إضافة إلى معقدات معدنية مثل .

من جانب آخر، ومن العناصر الأخرى ذات حالات الأكسدة المتعددة النحاس (الذي يوجد في 321 من الأكاسيد والسيليكات) والبورون والفاناديوم والمغنيسيوم والسيلينيوم والتيلوريوم والزرنيخ والإثمد والبزموت والفضة والزئبق. وتكوّن إجمالًا نحو 2500 معدن جديد.

ومن ناحية أخرى، بدأ ارتفاع كبير في محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي السفلي والقارات والمحيطات قبل نحو 2.45 مليار سنة، واستمر حتى نحو 2.0 أو 1.9 مليار سنة مضت، ويُعرف هذا الارتفاع بحدث الأكسدة الكبير (GOE). وقبل هذا الحدث، كانت العناصر التي يمكن أن توجد في حالات أكسدة متعددة مقيدة بأدنى حالاتها، مما حدّ من تنوع المعادن التي يمكنها تكوينها. وتنتشر في الرواسب الأقدم معادن السيدريت (FeCO3) واليورانينيت (UO2) والبيريت (FeS2). وتتأكسد هذه المعادن بسرعة عند تعرضها لغلاف جوي يحتوي على الأكسجين، غير أن ذلك لم يحدث حتى بعد تجويتها ونقلها على نطاق واسع.