Maapallolla on yli 5000 tunnettua mineraalilajia, kaikkialla olevasta kvartsista valtavasti harvinaiseen sormiittiseen, jota esiintyy vain Izalcon tulivuoren huippukokouksessa El Salvadorissa. Mineralogistit ovat pitkään tutkineet, miten ja miksi mineraaleja esiintyy siellä missä niitä tapahtuu. Nyt he soveltavat suuria tietoja kysymykseen.
Asiaan liittyvä sisältö
- Meiltä puuttuu vähintään 145 hiiltä sisältäviä mineraaleja, ja voit auttaa niitä löytämään
Tutkijat käyttävät verkkoteoriaa ymmärtääkseen monimutkaisella tavalla, kuinka erilaiset kemialliset, biologiset, fysikaaliset ja maantieteelliset parametrit määrittävät mineraalien syntypaikan. Verkostoteoriaa - ajatusta siitä, että asioiden välisiä suhteita hallitaan joukolla matemaattisia sääntöjä - käytetään usein tarkastelemaan tartuntatautien leviämistä tai ymmärtämään, miten ihmisryhmät (esimerkiksi terroristijärjestöt) ovat vuorovaikutuksessa. Tutkijat toivovat, että se auttaa heitä etsimään uudenlaisia mineraaleja, löytämään arvokkaiden luonnonvarojen kaloja, kuten kultaa ja kuparia, ja ymmärtämään paremmin maan muodostumistapaa. Teosraportti julkaistiin juuri American Mineralogist -lehdessä.
"Tarkastellaan mineraalijärjestelmiä kokonaisvaltaisella tavalla", sanoo Shaunna Morrison, joka johti tutkimusta yhdessä Deep Carbon Observatoryn pääjohtaja Robert Hazenin kanssa. Tutkimusverkosto on omistettu tutkijoille, joiden tehtävänä on ymmärtää paremmin maan hiiltä. ”Voimme tutkia suhdetta ja palautetta monien eri parametrien välillä ja saada kuvan siitä, mistä planeettamme on tehty ja miksi. Kun alkaa tutkia, miten mineraaleja esiintyy maan pinnalla, huomaat, että niitä esiintyy yhdessä erittäin erityisistä syistä. Voit nähdä sen verkkoissa hyvin selvästi. "
Esimerkiksi kvartsia ja erilaisia maasälpälajeja esiintyy yleensä yhdessä (ne ovat kaksi graniitin pääainesosaa), koska ne syntyivät saman prosessin, magman kiteytymisen, eri kohdissa. Mineraali 'laji' on yksinkertaisesti mineraali, joka voidaan nykyisillä menetelmillä erottaa mistä tahansa muusta mineraalista.
Tutkijat käyttävät tietokantoja miljoonista mineraalinäytteistä sadoista tuhansista paikoista ympäri maailmaa. Nämä tietokannat sisältävät tietoja mineraaleista, kuten kemiallinen koostumus, kovuus, ikä, saostuman koko ja sijainti, josta mineraali löydettiin. He ovat yhdistäneet tämän ympäröivää maantiedettä ja geologista ympäristöä koskeviin tietoihin. Tuloksena on sarja malleja, jotka voivat mahdollisesti paljastaa malleja, joita muuten olisi vaikea nähdä. Nämä kuviot voisivat antaa kuvan siitä, millä mineraaleilla on tapana esiintyä yhdessä, ja ne voisivat osoittaa, mitkä geologiset, kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat olemassa, jos tiettyjä mineraaleja löytyy.
Verkkokaavio 403 hiilimineraalille. Jokainen värillinen ympyrä edustaa erilaista hiilimineraaleja. Ympyrän koko ja väri osoittavat, kuinka yleinen se on. (Morrison et ai., Amerikkalaisen mineralogistin kohteliaisuus). Tämä voisi tehdä elämästä paljon helpompaa mineralogistille, joka on historiallisesti tehnyt tämän tyyppistä työtä hitaan ja kovan työn avulla.
"Esimerkiksi Arizonalla on nämä kuparikaivokset, ja [mineralogistit] tutkivat tapoja, joilla nämä kuparimineraalit muodostuvat erittäin tyhjentävästi, kartoittamalla ja kemiallisesti analysoimalla ja viettämällä tuhansia tunteja tutkimalla näitä kerrostumia ymmärtääksesi kuinka ne muodostuivat" kertoo Morrison, tutkijatohtori Carnegie-instituutissa. "Kun ymmärrät vihdoin kuinka ne muodostuivat, voit sanoa:" OK, missä muualla maan päällä tämä olisi voinut tapahtua? " Mikä tarkoittaa, että sinulla on oltava hyvä ymmärrys maan geologisesta historiasta. Sitten kaivaat. ”
Verkko, joka sisältää 664 kuparimineraaleja, ja jokainen värillinen ympyrä edustaa erilaista kuparia sisältävää mineraalia. Jakelu osoittaa aiemmin tunnistamattomia jakelumalleja (Morrison et al., Kohtelias amerikkalainen mineralogist). Verkkoteoria voi tehdä arviolta 1 500 löytämättömän mineraalilajin löytämisen maapallolla paljon nopeammaksi ja helpommaksi tekemättä melkein niin paljon kenkänahan tutkimusta. Tarkastelemalla tunnettujen mineraalien välisiä verkostoja tutkijat voivat pystyä täyttämään aukot.
"Voimme sanoa:" OK, seuraavalla kuparimineraalilla on todennäköisesti tämä koostumus ja se löytyy tästä paikasta maan päällä ", Morrison sanoo.
Tutkijat ovat jo käyttäneet data-analyysiä ennustaakseen 145 "puuttuvaa" hiiltä sisältävää (eli ne sisältävät hiiltä) mineraaleja, joiden pitäisi olla olemassa tilastollisten mallien mukaan, mutta joita ei ole vielä löydetty. Tämä johti kansalaisten tiedeprojektin, Carbon Mineral Challenge, perustamiseen, joka pyytää ammattimaisia ja amatööri mineraalien kerääjiä auttamaan näiden ennustettujen mineraalien löytämisessä. Osallistujat voivat löytää yksilöitä luonnossa, ja heitä pyydetään myös hankkimaan kokoelmansa mahdollisten uusien löytöjen löytämiseksi. Toistaiseksi on löydetty kymmenen uutta hiiltä sisältävää mineraalia.
Sama periaate voisi auttaa mineralogisteja löytämään uusia arvokkaiden lähteiden lähteitä, kuten kultaa, samoin kuin harvinaisia mineraaleja, joita voi esiintyä vain yhdessä tai kahdessa paikassa maan päällä. Useimmissa paikoissa on vain muutamia mineraaleja, kun taas muutama paikka - esimerkiksi Venäjän Kuolan niemimaa - on erittäin runsas. Tiedot voisivat auttaa osoittamaan, miksi Kuolan niemimaan kaltaisissa paikoissa on niin suuri määrä mineraaleja, ja ne voisivat ennustaa muita paikkoja maan päällä, jotka saattavat olla samankaltaisia monien arvokkaiden mineraalien lähteitä.
"Mielestäni tämä on hienoa asiaa", sanoo Allen Glazner, Chapel Hillin Pohjois-Carolinan yliopiston geologisten tieteiden professori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Se muistuttaa minua siitä, kuinka kemikot täyttivät jaksotaulun, kun he alkoivat nähdä kuvioita. Vaikka he eivät tienneet, kuinka malleja hallitsi atomien rakenne, he kykenivät tunnistamaan kuviot."
On vaikea yliarvioida mineraalien merkitystä ihmisille, Morrison sanoo.
"Mineraalit muodostavat pohjimmiltaan kaiken, mitä käytämme yhteiskunnassamme, kuten vettä tai öljyä, jota ei ole kasvanut tai pumpattu maasta, " hän sanoo. "Rakennuksemme, automme, käytännössä kaikki mitä käytämme päivittäin, jopa luumme ovat kaikki mineraaleja."
Mineraalien esiintymismallit voivat myös auttaa opettamaan jotain kasvien ja eläinten elämästä maan päällä - ja sen ulkopuolella. Dataanalyysin tuottamat mineraalijakauman erottelevat mallit maan päällä voivat olla ”biosignatuuri”, Morrison sanoo. Tämä tarkoittaa, että mineraalien esiintymisen ja klusteroinnin malleihin voi vaikuttaa kasvien ja eläinten elämän nousu, koska biologisen elämän (kuten mikro-organismien läsnäolon) uskotaan vaikuttavan mineraaleihin. Alustava analyysi mineraalien jakautumisesta kuussa ja Marsissa ei osoita näitä erottuvia kuvioita, kertoo NASA Mars Curiosity Rover -tiimin jäsen Morrison, joka tunnistaa Marsin mineraalit maan päälle lähetetyn röntgendiffraktiotiedon perusteella. Mutta tulevaisuuden analyysi saattaa. Ja myös muiden planeettojen tiedot saattavat samoin.
"Jos sanomme tämän, se saattaa kertoa meille, että jossain vaiheessa oli elämää", hän sanoo. ”Se voisi auttaa meitä avaruustutkimuksen suunnittelussa. Jos löydämme planeetan, jolla on tämä suuri mineraalien monimuotoisuus, meidän on ehkä mentävä sinne. "
