Big data peger menneskeheden på nye mineraler, nye indskud (opdatering)

Anvendelse af big data-analyse på mineralogi tilbyder en måde at forudsige mineraler, der mangler fra dem, videnskaben kender, hvor man kan finde dem, og hvor man kan finde nye forekomster af værdifulde mineraler som guld og kobber, ifølge en banebrydende undersøgelse.

I et papir udgivet af Amerikansk mineralog , videnskabsmænd rapporterer om den første anvendelse til mineralogi af netværksteori (bedst kendt for analyse af f.eks. spredning af sygdom, terrornetværk, eller Facebook-forbindelser).

Resultaterne, de siger, pioner en måde at afsløre mineralsk mangfoldighed og distribution på verdensplan, mineraludvikling gennem dyb tid, nye trends, og nye indskud.

Ledet af Shaunna Morrison fra Deep Carbon Observatory og DCO Executive Director Robert Hazen (begge ved Carnegie Institution for Science i Washington, D.C.), avisens 12 forfattere omfatter DCO-kolleger Peter Fox og Ahmed Eleish ved Keck Foundation sponsorerede Deep-Time Data Infrastructure Data Science Teams ved Rensselaer Polytechnic Institute, Troy NY.

"Jagten på nye mineralforekomster er uophørlig, men indtil for nylig har mineralopdagelse mere været et spørgsmål om held end videnskabelig forudsigelse, " siger Dr. Morrison. "Alt det kan ændre sig takket være big data."

Mennesker har indsamlet en enorm mængde information om Jordens mere end 5, 200 kendte mineralarter (som hver har en unik kombination af kemisk sammensætning og atomstruktur).

Millioner af mineralprøver fra hundredtusindvis af lokaliteter rundt om i verden er blevet beskrevet og katalogiseret. Databaser, der indeholder detaljer om, hvor hvert mineral blev opdaget, alle dets kendte forekomster, og alderen på disse indskud er store og vokser fra uge til uge.

Databaser registrerer også væsentlig information om kemiske sammensætninger og en række fysiske egenskaber, herunder hårdhed, farve, atomstruktur, og mere.

Sammenholdt med data om den omgivende geografi, de geologiske omgivelser, og sameksisterende mineraler, Jordforskere har nu adgang til "big data" -ressourcer, der er modne til analyse.

Indtil for nylig, videnskabsmænd havde ikke de nødvendige modellerings- og visualiseringsværktøjer til at udnytte disse gigantiske lagre af information.

Netværksanalyse giver ny indsigt i mineraler, ligesom komplekse datasæt tilbyder vigtig forståelse af sociale medieforbindelser, bytrafikmønstre, og metaboliske veje, for at nævne nogle få eksempler.

"Big data er en stor ting, " siger Dr. Hazen. "Man hører om det på alle mulige områder - medicin, handel; selv US National Security Agency bruger det til at analysere telefonoptegnelser - men indtil for nylig havde ingen anvendt big data-metoder til mineralogi og petrologi."

"Jeg tror, ​​at dette vil udvide hastigheden af ​​mineralfund på måder, som vi ikke engang kan forestille os nu."

Netværksanalyseteknikken gør det muligt for jordforskere at repræsentere data fra flere variabler på tusindvis af mineraler, der er samplet fra hundredtusindvis af steder inden for en enkelt graf.

Disse visualiseringer kan afsløre mønstre af forekomst og distribution, som ellers kunne være skjult i et regneark.

Med andre ord, big data giver et intimt billede af, hvilke mineraler der eksisterer samtidigt med hinanden, samt hvad geologisk, fysisk, kemisk, og (måske mest overraskende) biologiske egenskaber er nødvendige for deres udseende.

Ud fra denne indsigt er det et relativt simpelt trin til at forudsige, hvilke mineraler der mangler på videnskabelige lister, samt hvor man skal gå hen for at finde nye indskud.

Udtaler Dr. Hazen:"Netværksanalyse kan give visuelle spor til mineraloger om, hvor de skal henvende sig, og hvad de skal kigge efter. Dette er en helt ny idé i avisen, og jeg tror, ​​det vil åbne op for en helt ny retning inden for mineralogi."

Teknikken er allerede blevet brugt til at forudsige 145 manglende kulstofholdige mineraler og hvor man kan finde dem, fører til oprettelsen af ​​Deep Carbon Observatory's Carbon Mineral Challenge. Ti er blevet fundet indtil videre.

Estimatet kom fra en statistisk analyse af kulstofholdige mineraler kendt i dag, og derefter ekstrapolere, hvor mange videnskabsmænd der skal lede efter.

Forudsagt før de blev fundet

"Vi har brugt de samme slags teknikker til at forudsige, at mindst 1, 500 mineraler af alle slags mangler, 'at forudsige, hvad nogle af dem er, og hvor man kan finde dem, " siger Dr. Hazen.

Dr. Morrison siger:"Disse nye tilgange til datadrevet opdagelse giver os mulighed for at forudsige både mineraler, der er ukendte for videnskaben i dag, og placeringen af ​​nye aflejringer.

Derudover forståelse for, hvordan mineraler har ændret sig gennem geologisk tid, kombineret med vores viden om biologi, fører til ny indsigt vedrørende samudviklingen af ​​geosfæren og biosfæren. "

I en test sag, forskerne udforskede mineraler indeholdende kobber, som spiller en afgørende rolle i det moderne samfund (f.eks. rør, ledninger), samt væsentlige roller i biologisk evolution. Grundstoffet er ekstremt følsomt over for ilt, så karakteren af ​​kobber i et mineral giver et fingerpeg om niveauet af ilt i atmosfæren på det tidspunkt, hvor mineralet blev dannet.

Efterforskerne udførte også en analyse af almindelige mineraler i magmatiske bjergarter - dem dannet fra en varm smeltet tilstand. De mineralske netværk af magmatiske bjergarter afsløret gennem big data genskabte "Bowens reaktionsserie" (baseret på Norman L. Bowens omhyggelige laboratorieeksperimenter i begyndelsen af ​​1900-tallet), som viser, hvordan en sekvens af karakteristiske mineraler fremstår, når magmaen afkøles.

Analysen viste nøjagtig samme sekvens af mineraler indlejret i mineralnetværkene.

Forskerne håber, at disse teknikker vil føre til en forståelse og forståelse af tidligere ukendte mineralforhold i varierede mineralforekomster.

Mineralnetværk vil også tjene som effektive visuelle værktøjer til at lære om mineralogi og petrologi - de grene af videnskaben, der er beskæftiget med oprindelsen, sammensætning, struktur, ejendomme, og klassificering af bjergarter og mineraler.

Netværksanalyse har mange potentielle anvendelser inden for geologi, både til forskning og mineralefterforskning.

Mineselskaber kunne bruge teknologien til at forudsige placeringen af ​​ukendte mineralforekomster baseret på eksisterende data.

Forskere kunne bruge disse værktøjer til at forklare, hvordan Jordens mineraler har ændret sig over tid og inkorporere data fra biomarkørmolekyler for at vise, hvordan celler og mineraler interagerer.

Og malmgeologer håber at bruge mineralnetværksanalyse til at føre til værdifulde nye forekomster.

Dr. Morrison håber også at bruge netværksanalyse til at afsløre andre planeters geologiske historie. Hun er medlem af NASAs Mars Curiosity Rover-team, der identificerer Mars-mineraler gennem røntgendiffraktionsdata sendt tilbage til Jorden. Ved at anvende disse værktøjer til at analysere sedimentære miljøer på Jorden, hun mener, at videnskabsmænd også kan begynde at besvare lignende spørgsmål om Mars.

"Mineraler danner grundlaget for al vores materielle rigdom, " bemærker hun, "ikke kun ædle guld og strålende ædelstene, men i mursten og stål i ethvert hjem og kontor, i biler og fly, i flasker og dåser, og i enhver højteknologisk gadget fra bærbare computere til iPhones."

"Mineraler danner den jord, hvor vi dyrker vores afgrøder, de giver det grus, som vi asfalterer vores veje med, og de filtrerer det vand, vi drikker. "

"Dette nye værktøj til at forstå mineraler repræsenterer et vigtigt fremskridt inden for et videnskabeligt område af vital interesse."