Parisite-(La):questo minerale nuovo per la scienza, previsto dall'analisi dei big data, è stato scoperto nello stato nord-orientale di Bahia, in Brasile. Credito:Luiz Menezes
L'applicazione dell'analisi dei big data alla mineralogia offre un modo per prevedere i minerali mancanti tra quelli noti alla scienza, dove trovarli, e dove trovare nuovi giacimenti di minerali preziosi come oro e rame, secondo uno studio pionieristico.
In un articolo pubblicato da Mineralologo americano , scienziati segnalano la prima applicazione alla mineralogia della teoria delle reti (meglio nota per l'analisi, ad esempio, della diffusione di malattie, reti terroristiche, o collegamenti Facebook).
I risultati, dicono, pioniere di un modo per rivelare la diversità e la distribuzione dei minerali in tutto il mondo, evoluzione minerale attraverso il tempo profondo, nuove tendenze, e nuovi depositi.
Guidati da Shaunna Morrison del Deep Carbon Observatory e dal direttore esecutivo del DCO Robert Hazen (entrambi presso la Carnegie Institution for Science di Washington, DC), i 12 autori del documento includono i colleghi DCO Peter Fox e Ahmed Eleish presso i team di scienza dei dati dell'infrastruttura dati Deep-Time sponsorizzati dalla Fondazione Keck presso il Rensselaer Polytechnic Institute, Troia NY.
"La ricerca di nuovi giacimenti minerari è incessante, ma fino a poco tempo fa la scoperta dei minerali è stata più una questione di fortuna che di previsione scientifica, " dice il dottor Morrison. "Tutto ciò può cambiare grazie ai big data".
Gli esseri umani hanno raccolto una grande quantità di informazioni sugli oltre 5 della Terra, 200 specie minerali conosciute (ognuna delle quali ha una combinazione unica di composizione chimica e struttura atomica).
Sono stati descritti e catalogati milioni di campioni di minerali provenienti da centinaia di migliaia di località in tutto il mondo. Database contenenti dettagli su dove è stato scoperto ciascun minerale, tutte le sue occorrenze note, e le età di quei depositi sono grandi e crescono di settimana in settimana.
I database registrano anche informazioni essenziali sulle composizioni chimiche e una serie di proprietà fisiche, compresa la durezza, colore, struttura atomica, e altro ancora.
Insieme ai dati sulla geografia circostante, l'ambiente geologico, e minerali coesistenti, Gli scienziati della Terra ora hanno accesso a risorse di "big data" mature per l'analisi.
Fino a poco tempo fa, gli scienziati non disponevano degli strumenti di modellazione e visualizzazione necessari per trarre vantaggio da queste enormi scorte di informazioni.
L'analisi di rete offre nuove informazioni sui minerali, così come i set di dati complessi offrono una comprensione importante delle connessioni ai social media, modelli di traffico cittadino, e vie metaboliche, per citare alcuni esempi.
"I big data sono una cosa grande, "dice il dottor Hazen. "Ne senti parlare in tutti i campi:medicina, commercio; anche la National Security Agency degli Stati Uniti lo usa per analizzare i tabulati telefonici, ma fino a poco tempo nessuno aveva applicato i metodi dei big data alla mineralogia e alla petrologia".
I ricercatori Ahmed Eleish (Rensselaer Polytechnic Institute) e Shaunna Morrison (Carnegie Institution of Science) e colleghi hanno applicato strumenti di analisi di rete, paragonabili a quelli utilizzati nello studio della diffusione delle epidemie o nella progettazione delle reti elettriche municipali, per sviluppare un modo completamente nuovo di visualizzare le connessioni dei minerali della Terra. Attestazione:Anirudh Prabhu
"Penso che questo aumenterà il tasso di scoperta di minerali in modi che non possiamo nemmeno immaginare ora".
La tecnica di analisi della rete consente agli scienziati della Terra di rappresentare i dati di più variabili su migliaia di minerali campionati da centinaia di migliaia di posizioni all'interno di un singolo grafico.
Queste visualizzazioni possono rivelare modelli di occorrenza e distribuzione che altrimenti potrebbero essere nascosti all'interno di un foglio di calcolo.
In altre parole, i big data forniscono un quadro intimo di quali minerali coesistono tra loro, oltre a quello geologico, fisico, chimico, e (forse la cosa più sorprendente) le caratteristiche biologiche sono necessarie per il loro aspetto.
Da queste intuizioni è un passo relativamente semplice prevedere quali minerali mancano dagli elenchi scientifici, così come dove andare per trovare nuovi depositi.
Dice il Dr. Hazen:"L'analisi della rete può fornire indizi visivi ai mineralogisti su dove andare e cosa cercare. Questa è un'idea completamente nuova nell'articolo e penso che aprirà una direzione completamente nuova nella mineralogia".
La tecnica è già stata utilizzata per prevedere 145 minerali contenenti carbonio mancanti e dove trovarli, portando alla creazione della Carbon Mineral Challenge del Deep Carbon Observatory. Finora ne sono stati trovati dieci.
La stima proveniva da un'analisi statistica dei minerali contenenti carbonio conosciuti oggi, quindi estrapolando quanti scienziati dovrebbero cercare.
Predetti prima che fossero trovati
"Abbiamo usato lo stesso tipo di tecniche per prevedere che almeno 1, Mancano 500 minerali di tutti i tipi, ' per prevedere quali sono alcuni di loro, e dove trovarli, " dice il dottor Hazen.
Dice il dottor Morrison:"Questi nuovi approcci alla scoperta basata sui dati ci consentono di prevedere sia i minerali sconosciuti alla scienza oggi sia la posizione di nuovi depositi.
Inoltre, capire come i minerali sono cambiati attraverso il tempo geologico, insieme alla nostra conoscenza della biologia, sta portando a nuove intuizioni sulla coevoluzione della geosfera e della biosfera. "
La distribuzione dei minerali e delle località segue uno schema distintivo con pochi minerali molto comuni e molte specie più rare, una distribuzione che ha portato alla previsione che più di 1, 500 specie minerali sono presenti sulla Terra ma devono ancora essere scoperte e descritte. La caccia è ora aperta a questi minerali "mancanti". Qui un diagramma di rete per i minerali contenenti carbonio rivela modelli precedentemente nascosti nella loro diversità e distribuzione. Ogni cerchio colorato rappresenta un diverso minerale di carbonio. La dimensione e il colore dei cerchi indicano quanto sia comune o raro ogni minerale sulla Terra. Quattro esempi illustrati sono:(1) calcite, il minerale più comune contenente carbonio, che si verifica in decine di migliaia di località; (2) malachite, un bellissimo minerale di carbonato di rame ornamentale verde che è conosciuto da migliaia di località; (3) lantanite, un carbonato di terre rare riportato da sole 14 località in tutto il mondo; e (4) la skorpionite minerale estremamente rara di carbonato di calcio-zinco, che è noto da una sola località in Namibia. I cerchi neri rappresentano più di 300 diverse località regionali in cui si trovano questi minerali. Le dimensioni dei cerchi indicano quanti minerali contenenti carbonio si trovano in ogni località, e le linee collegano le specie minerali e le loro località. Credito:Progetto Keck DTDI
In un caso di prova, i ricercatori hanno esplorato minerali contenenti rame, che svolge ruoli critici nella società moderna (ad es. tubi, fili), così come ruoli essenziali nell'evoluzione biologica. L'elemento è estremamente sensibile all'ossigeno, quindi la natura del rame in un minerale offre un indizio sul livello di ossigeno nell'atmosfera al momento della formazione del minerale.
I ricercatori hanno anche eseguito un'analisi dei minerali comuni nelle rocce ignee, quelle formate da uno stato fuso caldo. Le reti minerali di rocce ignee rivelate attraverso i big data hanno ricreato la "serie di reazioni di Bowen" (basata sui minuziosi esperimenti di laboratorio di Norman L. Bowen nei primi anni del 1900), che mostra come appare una sequenza di minerali caratteristici mentre il magma si raffredda.
L'analisi ha mostrato la stessa identica sequenza di minerali incorporati nelle reti minerali.
I ricercatori sperano che queste tecniche portino alla comprensione e all'apprezzamento delle relazioni minerali precedentemente non riconosciute in vari giacimenti minerari.
Le reti di minerali serviranno anche come strumenti visivi efficaci per l'apprendimento della mineralogia e della petrologia - i rami della scienza interessati all'origine, composizione, struttura, proprietà, e classificazione di rocce e minerali.
L'analisi di rete ha numerose potenziali applicazioni in geologia, sia per la ricerca che per l'esplorazione mineraria.
Le società minerarie potrebbero utilizzare la tecnologia per prevedere le posizioni di giacimenti minerari sconosciuti sulla base dei dati esistenti.
I ricercatori potrebbero utilizzare questi strumenti per spiegare come i minerali della Terra sono cambiati nel tempo e incorporare dati provenienti da molecole di biomarcatori per mostrare come interagiscono cellule e minerali.
E i geologi del minerale sperano di utilizzare l'analisi della rete minerale per portare a nuovi preziosi giacimenti.
Il Dr. Morrison spera anche di utilizzare l'analisi di rete per rivelare la storia geologica di altri pianeti. È un membro del team NASA Mars Curiosity Rover che identifica i minerali marziani attraverso i dati di diffrazione dei raggi X inviati sulla Terra. Applicando questi strumenti per analizzare gli ambienti sedimentari sulla Terra, crede che anche gli scienziati possano iniziare a rispondere a domande simili su Marte.
"I minerali forniscono la base per tutta la nostra ricchezza materiale, " lei nota, "non solo oro prezioso e gemme brillanti, ma nel mattone e nell'acciaio di ogni casa e ufficio, in auto e in aereo, in bottiglie e lattine, e in ogni gadget high-tech, dai laptop agli iPhone."
"I minerali formano i terreni in cui coltiviamo i nostri raccolti, forniscono la ghiaia con cui lastricamo le nostre strade, e filtrano l'acqua che beviamo".
"Questo nuovo strumento per la comprensione dei minerali rappresenta un importante progresso in un campo scientifico di vitale interesse".
