Il existe plus de 5 000 espèces minérales connues sur la Terre, du quartz omniprésent à la très rare fingerite, qui n'existe qu'au sommet du volcan Izalco en El Salvador. Les minéralogistes étudient depuis longtemps comment et pourquoi les minéraux se trouvent là où ils se trouvent. Maintenant, ils appliquent le Big Data à la question.
Contenu connexe
- Nous manquons au moins 145 minéraux porteurs de carbone, et vous pouvez nous aider à les trouver
Les chercheurs utilisent la théorie des réseaux pour comprendre la manière complexe dont différents paramètres chimiques, biologiques, physiques et géographiques déterminent l’emplacement des minéraux. La théorie des réseaux - l'idée selon laquelle les relations entre les choses sont régies par un ensemble de règles mathématiques - est souvent utilisée pour examiner la propagation des maladies infectieuses ou pour comprendre comment des groupes humains (par exemple, des organisations terroristes) interagissent. Les chercheurs espèrent que cela les aidera à découvrir de nouveaux types de minéraux, des ressources précieuses telles que l’or et le cuivre, et à mieux comprendre la façon dont la terre s’est formée. Un rapport sur le travail vient d'être publié dans la revue American Mineralogist .
«Nous examinons les systèmes minéraux de manière holistique», a déclaré Shaunna Morrison, qui a dirigé la recherche avec Robert Hazen, directeur exécutif de Deep Carbon Observatory, un réseau de scientifiques dédiés à une meilleure compréhension du carbone sur Terre. «Nous pouvons explorer la relation et les réactions parmi de nombreux paramètres différents, et nous pouvons avoir une image de ce dont notre planète est faite et pourquoi. Une fois que vous commencez à regarder comment les minéraux se trouvent à la surface de la terre, vous voyez qu'ils se rencontrent ensemble pour des raisons très spécifiques. Vous pouvez voir cela dans les réseaux très distinctement. "
Par exemple, le quartz et diverses espèces de feldspath se rencontrent généralement (ils sont deux des ingrédients principaux du granite) car ils ont été créés à différents moments du même processus, la cristallisation du magma. Une «espèce» de minéral est simplement un minéral qui peut être distingué de tout autre minéral par les méthodes actuelles.
Les chercheurs utilisent des bases de données sur des millions de spécimens minéraux provenant de centaines de milliers d'endroits dans le monde. Ces bases de données contiennent des informations sur les minéraux, telles que la composition chimique, la dureté, l'âge, la taille du gisement et l'emplacement où le minéral a été trouvé. Ils ont combiné cela avec des données sur la géographie environnante et le contexte géologique. Le résultat est une série de modèles qui peuvent potentiellement révéler des modèles qui seraient autrement difficiles à voir. Ces schémas pourraient donner une idée des minéraux qui ont tendance à se produire ensemble et des propriétés géologiques, chimiques et physiques qui existent lorsque des minéraux spécifiques sont trouvés.
Un diagramme de réseau pour 403 minéraux de carbone. Chaque cercle coloré représente un minéral de carbone différent. La taille et la couleur des cercles montrent à quel point il est courant. (Morrison et al., Avec la permission de American Mineralogist). Cela pourrait rendre la vie beaucoup plus facile aux minéralogistes, qui ont toujours effectué ce type de travail par un travail lent et difficile.
"Par exemple, l'Arizona possède ces mines de cuivre et les [minéralogistes] étudient la manière dont ces minéraux de cuivre se forment de manière très exhaustive, en effectuant la cartographie et l'analyse chimique, et passent des milliers d'heures à étudier ces gisements afin de comprendre comment ils se sont formés." dit Morrison, chercheur postdoctoral à la Carnegie Institution for Science. «Quand vous comprenez enfin comment ils se sont formés, vous pouvez dire:« D'accord, où d'autre sur terre cela aurait-il pu arriver? Ce qui signifie que vous devez avoir une grande compréhension de l'histoire géologique de la Terre. Ensuite, vous allez creuser.
Un réseau de 664 minéraux de cuivre, chaque cercle coloré représentant un minéral cuivre différent. La distribution montre des modèles de distribution jamais reconnus auparavant (Morrison et al., Avec la permission de American Mineralogist). La théorie des réseaux peut rendre beaucoup plus rapide et plus facile la recherche des 1 500 espèces de minéraux non découvertes sur la Terre, sans avoir à faire presque autant de recherches sur le cuir pour chaussures. En examinant les réseaux entre les minéraux connus, les scientifiques pourront peut-être combler les lacunes.
"Nous pouvons potentiellement dire, 'OK, le prochain minerai de cuivre aura probablement cette composition et sera trouvé à cet endroit sur Terre", a déclaré Morrison.
Les chercheurs ont déjà utilisé l'analyse des données pour prédire 145 minéraux «manquants» contenant du carbone (ce qui signifie qu'ils contiennent du carbone), qui devraient exister selon des modèles statistiques mais n'ont pas encore été découverts. Cela a conduit à la création d'un projet de science citoyenne, le Carbon Mineral Challenge, qui demande aux collecteurs de minéraux professionnels et amateurs de les aider à trouver ces minéraux prédits. Les participants peuvent trouver des spécimens à l'état sauvage et sont également invités à parcourir leurs collections à la recherche de nouvelles découvertes potentielles. Dix nouveaux minéraux carbonés ont été découverts jusqu'à présent.
Le même principe pourrait aider les minéralogistes à trouver de nouvelles sources de ressources précieuses telles que l’or, ainsi que des minéraux rares ne pouvant exister qu’à un ou deux endroits sur la Terre. La plupart des endroits ne contiennent que quelques minéraux, tandis que quelques endroits - la péninsule de Kola en Russie, par exemple - sont extrêmement abondants. Les données pourraient aider à montrer pourquoi des endroits tels que la péninsule de Kola ont un nombre de minéraux aussi démesuré, et pourraient prédire d'autres endroits sur la planète qui pourraient être tout aussi riches en sources de minéraux précieux.
"Je pense que c'est une excellente chose", déclare Allen Glazner, professeur de sciences géologiques à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, qui n'a pas participé à la recherche. "Cela me rappelle la façon dont les chimistes ont rempli le tableau périodique une fois qu'ils ont commencé à voir les modèles. Même s'ils ne savaient pas comment les modèles étaient régis par la structure atomique, ils étaient capables de les reconnaître."
Il est difficile de surestimer l’importance des minéraux pour l’être humain, explique Morrison.
«Les minéraux constituent essentiellement tout ce que nous utilisons dans notre société et qui ne provient pas de la terre, comme l'eau ou le pétrole», dit-elle. «Nos bâtiments, nos voitures, essentiellement tout ce que nous utilisons quotidiennement, même nos os sont tous constitués de minéraux.»
Les schémas de la façon dont les minéraux sont présents pourraient aussi aider à enseigner à utiliser quelque chose sur la vie des plantes et des animaux sur Terre - et au-delà. Les modèles distinctifs de la distribution des minéraux sur la terre produits par l'analyse des données peuvent constituer une «biosignature», déclare Morrison. Cela signifie que l'évolution de la vie des plantes et des animaux peut influer sur les schémas de la façon dont les minéraux se produisent et se regroupent, la vie biologique (comme la présence de micro-organismes) affectant les minéraux. L'analyse préliminaire de la distribution des minéraux sur la Lune et sur Mars ne montre pas ces schémas distinctifs, explique Morrison, membre de l'équipe Mars Curiosity Rover de la NASA, qui identifie les minéraux martiens à partir des données de diffraction aux rayons X renvoyées à la Terre. Mais les analyses futures pourraient. Et les données d'autres planètes pourraient aussi bien.
«Si nous disons cela, cela pourrait nous dire qu'il y a eu de la vie à un moment donné», dit-elle. «Cela pourrait nous aider à planifier l'exploration spatiale. Si nous trouvons une planète qui possède cette grande diversité minérale, c'est peut-être là que nous devons aller. "
