Det finnes mer enn 5.000 kjente mineralarter på jorden, fra allestedsnærværende kvarts til den enormt sjeldne fingeritten, som bare eksisterer på toppen av vulkanen Izalco i El Salvador. Mineralogikere har lenge studert hvordan og hvorfor mineraler oppstår der de gjør. Nå bruker de big data på spørsmålet.
Relatert innhold
- Vi savner minst 145 karbonbærende mineraler, og du kan hjelpe deg med å finne dem
Forskerne bruker nettverksteori for å forstå den komplekse måten forskjellige kjemiske, biologiske, fysiske og geografiske parametere bestemmer hvor mineraler forekommer. Nettverksteori - ideen om at forholdene mellom ting styres av et sett med matematiske regler - brukes ofte for å se på spredningen av smittsomme sykdommer eller for å forstå hvordan menneskelige grupper (for eksempel terrororganisasjoner) samhandler. Forskere håper det vil hjelpe dem å oppdage nye typer mineraler, finne troves av verdifulle ressurser som gull og kobber, og bedre forstå måten jorden ble dannet på. En rapport om arbeidet ble nettopp publisert i tidsskriftet American Mineralogist .
"Vi ser på mineralsystemer på en helhetlig måte, " sier Shaunna Morrison, som ledet forskningen sammen med Robert Hazen, administrerende direktør for Deep Carbon Observatory, et nettverk av forskere dedikert til å bedre forstå karbon på jorden. ”Vi kan utforske forholdet og tilbakemeldingene mellom mange forskjellige parametere, og vi kan få et bilde av hva planeten vår er laget av, og hvorfor. Når du begynner å se på hvordan mineraler oppstår på jordoverflaten, ser du at de forekommer sammen av helt spesifikke grunner. Du kan se det i nettverkene veldig tydelig. ”
For eksempel forekommer ofte kvarts og forskjellige arter av feltspat sammen (de er to av hovedingrediensene i granitt) fordi de ble opprettet på forskjellige punkter i samme prosess, krystallisering av magma. En mineral 'art' er ganske enkelt et mineral som kan skilles fra ethvert annet mineral ved hjelp av nåværende metoder.
Forskerne bruker databaser med millioner av mineralprøver fra hundretusenvis av steder rundt om i verden. Disse databasene inneholder informasjon om mineraler som kjemisk sammensetning, hardhet, alder, størrelsen på avsetningen og stedet der mineralet ble funnet. De har kombinert dette med data om omkringliggende geografi og geologiske omgivelser. Resultatet er en serie modeller som potensielt kan avsløre mønstre som ellers ville være vanskelig å se. Disse mønstrene kan gi et bilde av hvilke mineraler som har en tendens til å oppstå sammen, og kan vise hvilke geologiske, kjemiske og fysiske egenskaper som finnes der spesifikke mineraler finnes.
Et nettverksdiagram for 403 karbonmineraler. Hver fargede sirkel representerer et annet karbonmineral. Størrelsen og fargen på sirklene viser hvor vanlig det er. (Morrison et al., Takket være American Mineralogist). Dette kan gjøre livet mye enklere for mineralogikere, som historisk har gjort denne typen arbeid gjennom langsom, hardt arbeid.
"Arizona har for eksempel disse kobbergruvene, og [mineraloger] studerer måtene disse kobbermineralene danner på en veldig uttømmende måte, gjør kartlegging og kjemisk analyse, og bruker tusenvis av timer på å studere disse forekomstene for å forstå hvordan de dannet seg, " sier Morrison, en postdoktor ved Carnegie Institution for Science. "Når du endelig forstår hvordan de dannet seg, kan du si 'OK, hvor ellers på jorden kunne dette ha skjedd?' Noe som betyr at du må ha en stor forståelse av jordens geologiske historie. Så graver du. ”
Et nettverk av 664 kobbermineraler, hvor hver fargede sirkel representerer et forskjellig kobberbærende mineral. Distribusjonen viser tidligere ukjente distribusjonsmønstre (Morrison et al., Høflighet American Mineralogist). Nettverksteori kan gjøre det mye raskere og enklere å finne anslagsvis 1.500 uoppdagede arter av mineraler på jorden, uten å gjøre så mye forskning på skinnskinn. Ved å se på nettverkene mellom kjente mineraler, kan forskere kanskje fylle ut hullene.
"Vi kan potensielt si: 'OK, det neste kobbermineralet vil sannsynligvis ha denne sammensetningen og vil bli funnet på dette stedet på jorden, '" sier Morrison.
Forskerne har allerede brukt dataanalysen for å forutsi 145 “manglende” karbonholdige (som betyr at de inneholder karbon) mineraler, som burde eksistere i henhold til statistiske modeller, men ikke er oppdaget ennå. Dette førte til opprettelsen av et innbyggervitenskapelig prosjekt, Carbon Mineral Challenge, som ber profesjonelle og amatørmineralsamlere om å hjelpe til med å finne disse forutsagte mineralene. Deltakerne kan finne eksemplarer i naturen, og blir også bedt om å skure samlingene sine for potensielle nye funn. Ti nye karbonholdige mineraler er hittil funnet.
Det samme prinsippet kan hjelpe mineralogister med å finne nye kilder til verdifulle ressurser som gull, så vel som sjeldne mineraler som bare kan finnes på ett eller to steder på jorden. De fleste steder har bare noen få mineraler, mens noen få steder - Russlands Kola-halvøy, for eksempel - er ekstremt rikelig. Dataene kan bidra til å vise hvorfor steder som Kola-halvøya har et så overordentlig antall mineraler, og kan forutsi andre steder på jorden som kan være lignende rike kilder til forskjellige verdifulle mineraler.
"Jeg synes dette er gode greier, " sier Allen Glazner, professor i geologiske vitenskaper ved University of North Carolina ved Chapel Hill, som ikke var involvert i forskningen. "Det minner meg om hvordan kjemikere fylte ut periodevisningen når de begynte å se mønstrene. Selv om de ikke visste hvordan mønstrene ble styrt av atomstruktur, klarte de å gjenkjenne mønstre."
Det er vanskelig å overvurdere viktigheten av mineraler for mennesker, sier Morrison.
"Mineraler utgjør i hovedsak alt vi bruker i samfunnet vårt som ikke dyrkes eller pumpes ut av bakken, som vann eller olje, " sier hun. "Bygningene våre, bilene våre, i utgangspunktet alt vi bruker til daglig, til og med beinene våre er alle laget av mineraler."
Mønstrene for hvordan mineraler oppstår, kan også hjelpe lærer å bruke noe om plante- og dyreliv på jorden - og utover. Det særegne mønsteret på mineraldistribusjon på jorden produsert av dataanalysen kan være en "biosignatur, " sier Morrison. Dette betyr at mønstrene for hvordan mineraler oppstår og klynges sammen, kan bli påvirket av økningen av plante- og dyreliv, ettersom biologisk liv (for eksempel tilstedeværelsen av mikroorganismer) antas å påvirke mineraler. Foreløpig analyse av mineralfordeling på månen og Mars viser ikke disse særegne mønstrene, sier Morrison, som er medlem av NASA Mars Curiosity Rover-teamet, og identifiserer Mars-mineraler fra røntgendiffraksjonsdata sendt tilbake til jorden. Men fremtidig analyse kan det. Og data fra andre planeter kan også.
"Hvis vi sier dette, kan det fortelle oss at det var liv på et tidspunkt, " sier hun. ”Det kan hjelpe oss i planleggingen av romutforskning. Hvis vi finner ut at det er en planet som har dette store mineralmangfoldet enn kanskje det er dit vi trenger å dra. ”
