Na Zemi je více než 5 000 známých minerálních druhů, od všudypřítomného křemene po nesmírně vzácný fingerite, který existuje pouze na vrcholu sopky Izalco v Salvador. Mineralogové již dlouho studovali, jak a proč se minerály vyskytují tam, kde jsou. Nyní na tuto otázku aplikují velká data.
Související obsah
- Chybí nám nejméně 145 minerálů obsahujících uhlík a můžete je najít
Vědci používají teorii sítě k pochopení složitého způsobu, jakým různé chemické, biologické, fyzikální a geografické parametry určují, kde se minerály vyskytují. Teorie sítě - myšlenka, že vztahy mezi věcmi se řídí souborem matematických pravidel - se často používá k pohledu na šíření infekčních nemocí nebo k pochopení toho, jak lidské skupiny (například teroristické organizace) interagují. Vědci doufají, že jim to pomůže objevit nové druhy nerostů, najít klenoty cenných zdrojů, jako je zlato a měď, a lépe porozumět tomu, jak byla Země vytvořena. Zpráva o práci byla právě zveřejněna v časopise American Mineralogist .
"Hledáme minerální systémy holistickým způsobem, " říká Shaunna Morrison, který vedl výzkum společně s Robertem Hazenem, výkonným ředitelem observatoře hlubokého uhlíku, sítě vědců, kteří se věnují lepšímu porozumění uhlíku na Zemi. "Můžeme prozkoumat vztah a zpětnou vazbu mezi mnoha různými parametry a můžeme získat obrázek o tom, z čeho je naše planeta vyrobena a proč." Jakmile začnete zkoumat, jak se minerály vyskytují na zemském povrchu, zjistíte, že se vyskytují společně z velmi specifických důvodů. Vidíte to v sítích velmi zřetelně. “
Například křemen a různé druhy živce se běžně vyskytují společně (jsou to dvě hlavní složky žuly), protože byly vytvořeny na různých místech stejného procesu, krystalizace magmatu. Minerální „druh“ je jednoduše minerál, který lze současnými metodami odlišit od jakéhokoli jiného minerálu.
Vědci používají databáze milionů minerálních vzorků ze stovek tisíc míst po celém světě. Tyto databáze obsahují informace o minerálech, jako je chemické složení, tvrdost, věk, velikost ložiska a umístění, kde byl minerál nalezen. Zkombinovali to s údaji o okolní geografii a geologickém prostředí. Výsledkem je řada modelů, které mohou potenciálně odhalit vzorce, které by jinak bylo obtížné vidět. Tyto vzorce by mohly poskytnout obraz o tom, které minerály mají tendenci se vyskytovat společně, a mohly ukázat, jaké geologické, chemické a fyzikální vlastnosti existují, pokud se nacházejí specifické minerály.
Schéma sítě pro 403 uhlíkových minerálů. Každý barevný kruh představuje jiný uhlíkový minerál. Velikost a barva kruhů ukazuje, jak je běžná. (Morrison et al, s laskavým svolením amerického mineraloga). Mohlo by to usnadnit život mineralogům, kteří historicky vykonávali tento druh práce pomalou a tvrdou prací.
"Například Arizona má tyto měděné doly a [mineralogové] studují způsoby, jak se tyto měděné minerály vytvářejí velmi vyčerpávajícím způsobem, provádějí mapování a chemickou analýzu a tráví tisíce hodin studiem těchto ložisek, aby pochopili, jak se vytvořily, " říká Morrison, postdoktorandský výzkumník v Carnegie Institution for Science. "Když konečně pochopíš, jak se utvořili, můžeš říct:" Dobře, kde by se to mohlo stát na jiných místech? " Což znamená, že musíte dobře rozumět geologické historii Země. Pak jdete kopat. “
Síť 664 minerálů mědi, přičemž každý barevný kruh představuje jiný minerál obsahující měď. Distribuce ukazuje dříve nerozpoznané vzorce distribuce (Morrison et al., Se svolením amerického mineraloga). Síťová teorie může mnohem rychleji a snadněji najít odhadem 1 500 neobjevených druhů minerálů na Zemi, aniž by bylo provedeno téměř tolik výzkumu kožené obuvi. Při pohledu na sítě mezi známými minerály mohou vědci zaplnit mezery.
"Můžeme říci:" Dobře, příští měděný minerál bude pravděpodobně mít toto složení a bude na tomto místě na Zemi, "říká Morrison.
Vědci již použili analýzu dat k předpovědi 145 „chybějících“ uhlík obsahujících minerálů (což znamená, že obsahují uhlík), které by měly existovat podle statistických modelů, ale dosud nebyly objeveny. To vedlo k vytvoření občanského vědeckého projektu Carbon Mineral Challenge, který žádá profesionální a amatérské sběratele minerálů, aby pomohli najít tyto předpovězené minerály. Účastníci mohou najít exempláře v divočině a jsou také požádáni, aby své sbírky prozkoumali pro případné nové objevy. Dosud bylo nalezeno deset nových nerostů obsahujících uhlík.
Stejný princip by mohl mineralogům pomoci najít nové zdroje cenných zdrojů, jako je zlato, a také vzácné minerály, které mohou existovat pouze na jednom nebo dvou místech na Zemi. Většina míst má jen několik minerálů, zatímco několik míst - například ruský poloostrov Kola - je velmi hojných. Data by mohla pomoci ukázat, proč místa jako poloostrov Kola mají takový nadměrný počet nerostů, a mohla by předpovídat jiná místa na Zemi, která by mohla být podobně bohatými zdroji různých cenných nerostů.
„Myslím, že je to skvělé, “ říká Allen Glazner, profesor geologických věd na University of North Carolina v Chapel Hill, který se do výzkumu nezúčastnil. "Připomíná mi to, jak chemici zaplnili periodickou tabulku, jakmile začali vidět vzory. I když nevěděli, jak byly vzory řízeny atomovou strukturou, byly schopny rozpoznat vzory."
Je těžké přeceňovat důležitost minerálů pro člověka, říká Morrison.
"Minerály v zásadě tvoří vše, co používáme v naší společnosti a které se nevyrábí nebo nevyčerpává ze země, jako je voda nebo olej, " říká. "Naše budovy, naše auta, v podstatě všechno, co denně používáme, dokonce i naše kosti jsou vyrobeny z minerálů."
Vzorce toho, jak se minerály vyskytují, by také mohly pomoci učit používat něco o životě rostlin a zvířat na Zemi - a dále. Rozlišující vzorce distribuce minerálů na Zemi, které jsou výsledkem analýzy dat, mohou být „biosignature“, říká Morrison. To znamená, že vzorce výskytu minerálů a jejich shlukování mohou být ovlivněny vzestupem života rostlin a zvířat, protože biologický život (jako je přítomnost mikroorganismů) je považován za ovlivňující minerály. Předběžná analýza distribuce minerálů na Měsíci a na Marsu neukazuje tyto výrazné vzorce, říká Morrison, který je členem týmu NASA Mars Curiosity Rover a identifikuje marťanské minerály z rentgenových difrakčních dat odeslaných zpět na Zemi. Ale budoucí analýza by mohla. A také data z jiných planet.
"Pokud to řekneme, mohlo by to říkat, že v určitém okamžiku byl život, " říká. "To by nám mohlo pomoci při plánování průzkumu vesmíru." Pokud zjistíme, že existuje planeta, která má tuto obrovskou minerální rozmanitost, než možná tam musíme jít. “
