Mineral self-organization in extreme geochemical environments: implications for prebiotic chemistry and life detection

Abstract

The overarching goal of this thesis was to investigate the role of mineral self-organization and abiotic mineral precipitation in early Earth geochemistry, prebiotic chemistry and life detection, by focusing on two case studies: a) the precipitation and nanoscale characterization of iron-silica selforganized, filamentous membranes, grown from both synthetic and natural solutions, and b) the geochemistry and mineral precipitation at the polyextreme hydrothermal system of Dallol, the physicochemical conditions of which impose a limit to the habitable space of life. In a nutshell, the study of inorganic mineral precipitation and mineral self-organization in extreme geochemical environments may provide insight on the mineral processes that occurred on early Earth and most probably paved the geochemical pathway to life. Given that inorganic mineral precipitation and mineral self-organization commonly produce morphologically and chemically similar structures to biologic ones, their study has direct implications on fossil life detection in the rock record of Earth and Earth-like planets.

El objetivo principal de esta tesis es entender el papel que haya jugado el auto-ensamblaje mineral y la precipitación de minerales abiótica en la geoquímica de la Tierra primitiva, la química prebiótica y la detección de vida. Para ello, se ha llevado a cabo un estudio detallado de dos sistemas de interés sobre: a) la formación de membranas auto-organizadas de hierro-sílice en disoluciones modelo (preparadas en el laboratorio) y naturales; b) la geoquímica y formación mineral en las condiciones poli-extremas del sistema hidrotermal del Dallol (Etiopía), cuyas condiciones fisico-químicas hacen prácticamente imposible la existencia de vida. En resumen, el estudio de procesos de precipitación de minerales y auto-ensamblaje en condiciones (geo)químicas extremas, como son la formación de membranas de hierro-sílice y los precipitados hidrotermales de Dallol, es primordial para avanzar nuestro entendimiento de los procesos abióticos y prebióticos, y la relación entre ambas, que ocurrieron en la tierra primitiva y que dieron lugar a la vida en nuestro planeta. Además, comprender bien estos procesos nos ayudara a reconocerlos mejor en el registro de rocas de nuestro planeta, pero también de otros cuerpos estelares.