Er zijn meer dan 5000 bekende minerale soorten op aarde, van de alomtegenwoordige kwarts tot de enorm zeldzame fingerite, die alleen bestaat op de top van de Izalco-vulkaan in El Salvador. Mineralogisten hebben lang bestudeerd hoe en waarom mineralen voorkomen waar ze dat doen. Nu passen ze big data toe op de vraag.
gerelateerde inhoud
- We missen minstens 145 koolstofhoudende mineralen, en u kunt helpen ze te vinden
De onderzoekers gebruiken netwerktheorie om de complexe manier te begrijpen waarop verschillende chemische, biologische, fysische en geografische parameters bepalen waar mineralen voorkomen. Netwerktheorie - het idee dat de relaties tussen dingen worden bepaald door een reeks wiskundige regels - wordt vaak gebruikt om te kijken naar de verspreiding van infectieziekten of om te begrijpen hoe menselijke groepen (bijvoorbeeld terroristische organisaties) op elkaar inwerken. Onderzoekers hopen dat het hen zal helpen nieuwe soorten mineralen te ontdekken, een schat aan waardevolle hulpbronnen zoals goud en koper te vinden en de manier waarop de aarde is gevormd beter te begrijpen. Een rapport over het werk is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift American Mineralogist .
"We kijken naar minerale systemen op een holistische manier", zegt Shaunna Morrison, die het onderzoek leidde samen met Robert Hazen, uitvoerend directeur van de Deep Carbon Observatory, een netwerk van wetenschappers dat zich toelegt op een beter begrip van koolstof op aarde. “We kunnen de relatie en de feedback onder veel verschillende parameters onderzoeken en we kunnen een beeld krijgen van waar onze planeet van is gemaakt en waarom. Als je eenmaal begint te kijken hoe mineralen op het aardoppervlak voorkomen, zie je dat ze om zeer specifieke redenen samen voorkomen. Dat zie je heel duidelijk terug in de netwerken. '
Kwarts en verschillende soorten veldspaat komen bijvoorbeeld vaak samen voor (ze zijn twee van de belangrijkste ingrediënten in graniet) omdat ze op verschillende punten in hetzelfde proces zijn gemaakt, de kristallisatie van magma. Een minerale 'soort' is gewoon een mineraal dat volgens de huidige methoden van elk ander mineraal kan worden onderscheiden.
De onderzoekers gebruiken databases van miljoenen minerale exemplaren uit honderdduizenden plaatsen over de hele wereld. Deze databases bevatten informatie over mineralen zoals chemische samenstelling, hardheid, leeftijd, grootte van de afzetting en locatie waar het mineraal werd gevonden. Ze hebben dit gecombineerd met gegevens over de omringende geografie en geologische omgeving. Het resultaat is een reeks modellen die mogelijk patronen kunnen onthullen die anders moeilijk te zien zouden zijn. Deze patronen kunnen een beeld geven van welke mineralen de neiging hebben om samen te voorkomen en kunnen laten zien welke geologische, chemische en fysische eigenschappen er zijn waar specifieke mineralen worden gevonden.
Een netwerkdiagram voor 403 koolstofmineralen. Elke gekleurde cirkel vertegenwoordigt een ander koolstofmineraal. De grootte en kleur van de cirkels laten zien hoe vaak het voorkomt. (Morrison et al, met dank aan American Mineralogist). Dit zou het leven veel gemakkelijker kunnen maken voor mineralogisten, die dit soort werk historisch hebben gedaan door langzaam, zwaar werk.
"Arizona heeft bijvoorbeeld deze kopermijnen en [mineralogisten] bestuderen de manieren waarop deze kopermineralen op een zeer uitputtende manier worden gevormd, doen kaart- en chemische analyses en besteden duizenden uren aan het bestuderen van deze afzettingen om te begrijpen hoe ze zijn ontstaan, " zegt Morrison, een postdoctoraal onderzoeker aan het Carnegie Institution for Science. "Als je eindelijk begrijpt hoe ze zijn ontstaan, kun je zeggen: 'Oké, waar anders op aarde zou dit kunnen zijn gebeurd?' Dat betekent dat je een goed begrip moet hebben van de geologische geschiedenis van de aarde. Dan ga je graven. '
Een netwerk van 664 kopermineralen, waarbij elke gekleurde cirkel een ander koperhoudend mineraal voorstelt. De distributie toont eerder niet-erkende distributiepatronen (Morrison et al., Courtesy American Mineralogist). Netwerktheorie kan het veel sneller en gemakkelijker maken om de geschatte 1500 onontdekte soorten mineralen op aarde te vinden, zonder bijna zoveel onderzoek naar schoenenleer te doen. Door te kijken naar de netwerken tussen bekende mineralen, kunnen wetenschappers mogelijk de gaten opvullen.
"We kunnen in potentie zeggen:" OK, het volgende kopermineraal zal waarschijnlijk deze samenstelling hebben en zal op deze plek op aarde worden gevonden ", zegt Morrison.
De onderzoekers hebben de data-analyse al gebruikt om 145 "ontbrekende" koolstofhoudende (dat wil zeggen dat ze koolstof bevatten) mineralen te voorspellen, die volgens statistische modellen zouden moeten bestaan, maar nog niet zijn ontdekt. Dit leidde tot de oprichting van een burgerwetenschappelijk project, de Carbon Mineral Challenge, dat professionele en amateur-minerale verzamelaars vraagt om deze voorspelde mineralen te vinden. Deelnemers kunnen exemplaren in het wild vinden en worden ook gevraagd hun collecties te doorzoeken op mogelijke nieuwe ontdekkingen. Tot nu toe zijn tien nieuwe koolstofhoudende mineralen gevonden.
Hetzelfde principe zou mineralogisten kunnen helpen bij het vinden van nieuwe bronnen van waardevolle hulpbronnen zoals goud, evenals zeldzame mineralen die alleen op één of twee plaatsen op aarde kunnen bestaan. De meeste plaatsen hebben slechts enkele mineralen, terwijl een paar plaatsen - het Russische Kola-schiereiland bijvoorbeeld - zeer overvloedig zijn. De gegevens zouden kunnen helpen aantonen waarom plaatsen zoals het schiereiland Kola zo'n buitensporig aantal mineralen hebben, en kunnen andere plaatsen op aarde voorspellen die even rijke bronnen van verschillende waardevolle mineralen kunnen zijn.
"Ik vind dit geweldige dingen", zegt Allen Glazner, een professor in de geologische wetenschappen aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, die niet betrokken was bij het onderzoek. "Het herinnert me eraan hoe chemici het periodiek systeem hebben ingevuld toen ze de patronen begonnen te zien. Hoewel ze niet wisten hoe de patronen werden beheerst door atomaire structuur, wisten ze patronen te herkennen."
Het is moeilijk om het belang van mineralen voor mensen te overschatten, zegt Morrison.
"Mineralen vormen in wezen alles wat we in onze samenleving gebruiken dat niet uit de grond wordt gekweekt of gepompt, zoals water of olie, " zegt ze. "Onze gebouwen, onze auto's, eigenlijk alles wat we dagelijks gebruiken, zelfs onze botten zijn allemaal gemaakt van mineralen."
De patronen van hoe mineralen voorkomen, kunnen ook helpen om iets te leren over planten- en dierenleven op aarde - en daarbuiten. De onderscheidende patronen van minerale distributie op aarde geproduceerd door de data-analyse kan een "biosignature, " zegt Morrison. Dit betekent dat de patronen van hoe mineralen voorkomen en samen clusteren kunnen worden beïnvloed door de opkomst van planten- en dierenleven, omdat wordt gedacht dat biologisch leven (zoals de aanwezigheid van micro-organismen) mineralen beïnvloedt. Voorlopige analyse van de verdeling van mineralen op de maan en Mars laat deze onderscheidende patronen niet zien, zegt Morrison, die lid is van het NASA Mars Curiosity Rover-team, die mineralen uit Mars identificeert op basis van röntgendiffractiegegevens die terug naar de aarde worden gestuurd. Maar toekomstige analyse zou kunnen. En gegevens van andere planeten kunnen dat ook.
"Als we dit zeggen, zou dat ons kunnen vertellen dat er op een bepaald moment leven was", zegt ze. “Dat kan ons helpen bij het plannen van verkenning van de ruimte. Als we ontdekken dat er een planeet is met deze grote minerale diversiteit, dan moeten we daar misschien naartoe. '
