Der er mere end 5.000 kendte mineralarter på jorden, fra den allestedsnærværende kvarts til den utroligt sjældne fingerit, der kun findes på toppen af vulkanen Izalco i El Salvador. Mineralogister har længe undersøgt, hvordan og hvorfor mineraler forekommer, hvor de gør. Nu anvender de big data på spørgsmålet.
Relateret indhold
- Vi mangler mindst 145 kulstofbærende mineraler, og du kan hjælpe med at finde dem
Forskerne bruger netværksteori for at forstå den komplekse måde, forskellige kemiske, biologiske, fysiske og geografiske parametre bestemmer, hvor mineraler forekommer. Netværksteori - ideen om, at forholdet mellem ting styres af et sæt matematiske regler - bruges ofte til at se på spredningen af infektionssygdomme eller til at forstå, hvordan menneskelige grupper (for eksempel terrororganisationer) interagerer. Forskere håber, at det vil hjælpe dem med at finde nye slags mineraler, finde troves af værdifulde ressourcer som guld og kobber og bedre forstå, hvordan jorden blev dannet. En rapport om arbejdet blev netop offentliggjort i tidsskriftet American Mineralogist .
”Vi ser på mineralsystemer på en holistisk måde, ” siger Shaunna Morrison, der førte forskningen sammen med Robert Hazen, administrerende direktør for Deep Carbon Observatory, et netværk af forskere, der er dedikeret til bedre forståelse af kulstof på jorden. ”Vi kan udforske forholdet og feedbacken mellem mange forskellige parametre, og vi kan få et billede af, hvad vores planet er lavet af, og hvorfor. Når du begynder at se på, hvordan mineraler forekommer på jordoverfladen, ser du, at de forekommer sammen af meget specifikke grunde. Du kan se det i netværk meget tydeligt. ”
F.eks. Forekommer ofte kvarts og forskellige arter af feltspat sammen (de er to af hovedingredienserne i granit), fordi de blev oprettet på forskellige punkter i den samme proces, krystalisering af magma. En mineral 'art' er simpelthen et mineral, der kan skilles fra ethvert andet mineral ved hjælp af nuværende metoder.
Forskerne bruger databaser over millioner mineraler fra hundreder af tusinder af steder rundt om i verden. Disse databaser indeholder oplysninger om mineraler såsom kemisk sammensætning, hårdhed, alder, aflejringsstørrelse og placering, hvor mineralet blev fundet. De har kombineret dette med data om omgivende geografi og geologiske omgivelser. Resultatet er en række modeller, der potentielt kan afsløre mønstre, som ellers ville være vanskelige at se. Disse mønstre kunne give et billede af, hvilke mineraler der forekommer sammen, og kunne vise, hvilke geologiske, kemiske og fysiske egenskaber, der findes, hvor specifikke mineraler findes.
Et netværksdiagram for 403 kulstofmineraler. Hver farvede cirkel repræsenterer et andet kulstofmineral. Størrelsen og farven på cirklerne viser, hvor almindelig det er. (Morrison et al, høflighed af American Mineralogist). Dette kunne gøre livet meget lettere for mineralogikere, som historisk har gjort denne type arbejde gennem langsomt, hårdt arbejde.
”Arizona har for eksempel disse kobberminer, og [mineralogister] studerer måderne, disse kobbermineraler danner på en meget udtømmende måde, udfører kortlægning og kemisk analyse og bruger tusinder af timer på at studere disse forekomster for at forstå, hvordan de dannede sig, ” siger Morrison, en postdoktorisk forsker ved Carnegie Institution for Science. ”Når du omsider forstår, hvordan de dannede sig, kan du sige, 'OK, hvor ellers på jorden kunne dette have sket?' Hvilket betyder, at du skal have en stor forståelse af jordens geologiske historie. Så går du i graven. ”
Et netværk af 664 kobbermineraler, hvor hver farvede cirkel repræsenterer et andet kobberholdigt mineral. Distributionen viser tidligere ukendte distribusionsmønstre (Morrison et al., Høflighed American Mineralogist). Netværksteori kan gøre det meget hurtigere og lettere at finde de anslåede 1.500 uopdagede arter af mineraler på jorden uden at gøre næsten så meget skoskindforskning. Ved at se på netværk mellem kendte mineraler kan forskere muligvis udfylde hullerne.
”Vi kan potentielt sige, 'OK, det næste kobbermineral vil sandsynligvis have denne sammensætning og findes på dette sted på jorden, ” siger Morrison.
Forskerne har allerede brugt dataanalysen til at forudsige 145 “manglende” kulstofbærende (hvilket betyder at de indeholder kulstof) mineraler, som skulle eksistere i henhold til statistiske modeller, men ikke er blevet opdaget endnu. Dette førte til oprettelsen af et borgervidenskabsprojekt, Carbon Mineral Challenge, der beder professionelle og amatørmineralsamlere om at hjælpe med at finde disse forudsagte mineraler. Deltagerne kan finde eksempler i naturen og bliver også bedt om at skure deres samlinger for potentielle nye opdagelser. Der er hidtil fundet ti nye kulstofholdige mineraler.
Det samme princip kan hjælpe mineralogister med at finde nye kilder til værdifulde ressourcer som guld, såvel som sjældne mineraler, der kun findes et eller to steder på jorden. De fleste steder har kun et par mineraler, mens nogle få steder - den russiske Kola-halvø, for eksempel - er ekstremt rigelige. Dataene kan hjælpe med at vise, hvorfor steder som Kola-halvøen har et så stort antal mineraler, og de kunne forudsige andre steder på jorden, der kan være lignende rige kilder til forskellige værdifulde mineraler.
"Jeg synes, dette er gode ting, " siger Allen Glazner, professor i geologiske videnskaber ved University of North Carolina ved Chapel Hill, som ikke var involveret i forskningen. "Det minder mig om, hvordan kemikere udfyldte den periodiske tabel, når de begyndte at se mønstrene. Selvom de ikke vidste, hvordan mønstrene blev styret af atomstruktur, var de i stand til at genkende mønstre."
Det er svært at overvurdere betydningen af mineraler for mennesker, siger Morrison.
”Mineraler udgør i det væsentlige alt, hvad vi bruger i vores samfund, der ikke dyrkes eller pumpes ud af jorden, som vand eller olie, ” siger hun. ”Vores bygninger, vores biler, dybest set alt, hvad vi bruger til daglig, selv vores knogler er alle lavet af mineraler.”
Mønstrene for, hvordan mineraler forekommer, kan også hjælpe med at lære at bruge noget om plante- og dyreliv på jorden - og ud over det. De karakteristiske mønstre for mineralfordeling på jorden produceret ved dataanalysen kan være en "biosignatur, " siger Morrison. Dette betyder, at mønstrene for, hvordan mineraler forekommer og klynges sammen, kan blive påvirket af stigningen i plante- og dyreliv, da biologisk liv (såsom tilstedeværelsen af mikroorganismer) menes at påvirke mineraler. Den foreløbige analyse af mineralfordelingen på månen og Mars viser ikke disse karakteristiske mønstre, siger Morrison, der er medlem af NASA Mars Curiosity Rover-teamet, der identificerer Mars-mineraler fra røntgendiffraktionsdata sendt tilbage til jorden. Men fremtidig analyse muligvis. Og data fra andre planeter kan også være.
”Hvis vi siger dette, kan det fortælle os, at der var liv på et tidspunkt, ” siger hun. ”Det kunne hjælpe os med planlægning af rumfart. Hvis vi finder, at der er en planet, der har denne store mineraldiversitet end måske er det der, vi skal hen. ”
