Ci sono più di 5.000 specie minerali conosciute sulla terra, dal quarzo onnipresente al fingerite tremendamente raro, che esiste solo sulla cima del vulcano Izalco in El Salvador. I mineralogisti hanno studiato a lungo come e perché i minerali si presentano dove si trovano. Ora stanno applicando i big data alla domanda.
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I ricercatori stanno usando la teoria delle reti per comprendere il modo complesso in cui diversi parametri chimici, biologici, fisici e geografici determinano dove si trovano i minerali. La teoria della rete - l'idea che le relazioni tra le cose siano governate da una serie di regole matematiche - viene spesso utilizzata per esaminare la diffusione di malattie infettive o per capire come interagiscono i gruppi umani (ad esempio le organizzazioni terroristiche). I ricercatori sperano che li aiuterà a scoprire nuovi tipi di minerali, a trovare reperti di risorse preziose come oro e rame e a comprendere meglio il modo in cui si è formata la terra. Un rapporto sul lavoro è stato appena pubblicato sulla rivista American Mineralogist .
"Stiamo esaminando i sistemi minerali in modo olistico", afferma Shaunna Morrison, che ha guidato la ricerca insieme a Robert Hazen, direttore esecutivo del Deep Carbon Observatory, una rete di scienziati dedicata a una migliore comprensione del carbonio sulla terra. “Siamo in grado di esplorare la relazione e il feedback tra molti parametri diversi e possiamo avere un quadro di cosa è fatto il nostro pianeta e perché. Una volta che inizi a guardare come si verificano i minerali sulla superficie terrestre, vedi che si verificano insieme per ragioni molto specifiche. Puoi vederlo molto chiaramente nelle reti. "
Ad esempio, il quarzo e varie specie di feldspato si verificano comunemente insieme (sono due degli ingredienti principali in granito) perché sono stati creati in punti diversi nello stesso processo, la cristallizzazione del magma. Una "specie" minerale è semplicemente un minerale che può essere distinto da qualsiasi altro minerale con i metodi attuali.
I ricercatori stanno utilizzando database di milioni di campioni di minerali provenienti da centinaia di migliaia di luoghi in tutto il mondo. Questi database contengono informazioni su minerali come composizione chimica, durezza, età, dimensione del deposito e posizione in cui il minerale è stato trovato. Hanno combinato questo con i dati sulla geografia circostante e l'impostazione geologica. Il risultato è una serie di modelli che possono potenzialmente rivelare modelli che altrimenti sarebbero difficili da vedere. Questi modelli potrebbero fornire un quadro di quali minerali tendono a presentarsi insieme e potrebbero mostrare quali proprietà geologiche, chimiche e fisiche esistono laddove si trovano minerali specifici.
Un diagramma di rete per 403 minerali di carbonio. Ogni cerchio colorato rappresenta un diverso minerale di carbonio. Le dimensioni e il colore dei cerchi mostrano quanto sia comune. (Morrison et al, per gentile concessione del mineralogista americano). Ciò potrebbe rendere la vita molto più facile per i mineralogisti, che storicamente hanno svolto questo tipo di lavoro attraverso un lavoro lento e duro.
"Ad esempio, l'Arizona ha queste miniere di rame e [i mineralogisti] studiano il modo in cui questi minerali di rame si formano in modo molto esaustivo, facendo mappature e analisi chimiche e trascorrendo migliaia di ore a studiare questi depositi per capire come si sono formati, " dice Morrison, ricercatore post dottorato presso il Carnegie Institution for Science. "Quando finalmente capisci come si sono formati, puoi dire 'OK, dove altro sulla terra potrebbe essere successo?' Ciò significa che devi avere una grande comprensione della storia geologica della terra. Quindi vai a scavare. "
Una rete di 664 minerali di rame, con ogni cerchio colorato che rappresenta un diverso minerale contenente rame. La distribuzione mostra modelli di distribuzione precedentemente non riconosciuti (Morrison et al., American Mineralogist di cortesia). La teoria della rete potrebbe rendere molto più semplice e veloce la ricerca delle 1.500 specie di minerali non ancora scoperte sulla terra, senza fare troppe ricerche sulla pelle delle scarpe. Osservando le reti tra minerali noti, gli scienziati potrebbero essere in grado di colmare le lacune.
"Possiamo potenzialmente dire:" OK, il prossimo minerale di rame probabilmente avrà questa composizione e sarà trovato in questo posto sulla terra ", dice Morrison.
I ricercatori hanno già utilizzato l'analisi dei dati per prevedere 145 minerali "mancanti" contenenti carbonio (nel senso che contengono carbonio), che dovrebbero esistere secondo modelli statistici, ma non sono ancora stati scoperti. Ciò ha portato alla creazione di un progetto scientifico cittadino, il Carbon Mineral Challenge, che chiede ai collezionisti di minerali professionisti e dilettanti di aiutare a trovare questi minerali previsti. I partecipanti possono trovare esemplari allo stato brado e viene anche chiesto di perlustrare le loro collezioni per potenziali nuove scoperte. Finora sono stati trovati dieci nuovi minerali contenenti carbonio.
Lo stesso principio potrebbe aiutare i mineralogisti a trovare nuove fonti di risorse preziose come l'oro, così come i minerali rari che possono esistere solo in uno o due luoghi sulla terra. La maggior parte dei luoghi ha solo pochi minerali, mentre alcuni - la penisola di Kola in Russia, per esempio - sono estremamente abbondanti. I dati potrebbero aiutare a dimostrare perché luoghi come la penisola di Kola hanno un numero così eccessivo di minerali e potrebbero prevedere altri luoghi sulla terra che potrebbero essere fonti altrettanto ricche di vari minerali preziosi.
"Penso che questa sia roba eccezionale", afferma Allen Glazner, professore di scienze geologiche all'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Mi ricorda come i chimici hanno riempito la tavola periodica una volta che hanno iniziato a vedere gli schemi. Anche se non sapevano come gli schemi fossero governati dalla struttura atomica, erano in grado di riconoscerli."
È difficile sopravvalutare l'importanza dei minerali per l'uomo, dice Morrison.
"I minerali essenzialmente costituiscono tutto ciò che usiamo nella nostra società che non è cresciuto o pompato fuori dal suolo, come l'acqua o il petrolio", dice. "I nostri edifici, le nostre auto, praticamente tutto ciò che usiamo quotidianamente, anche le nostre ossa sono tutte fatte di minerali."
I modelli di come si presentano i minerali potrebbero anche aiutare a insegnare l'uso della vita delle piante e degli animali sulla terra e oltre. I modelli distintivi di distribuzione dei minerali sulla terra prodotti dall'analisi dei dati possono essere una "biosignatura", afferma Morrison. Ciò significa che i modelli di come i minerali si presentano e si raggruppano possono essere influenzati dall'aumento della vita delle piante e degli animali, poiché si ritiene che la vita biologica (come la presenza di microrganismi) influenzi i minerali. L'analisi preliminare della distribuzione dei minerali sulla Luna e su Marte non mostra questi schemi distintivi, afferma Morrison, che è un membro del team Mars Curiosity Rover della NASA, identificando i minerali marziani dai dati di diffrazione dei raggi X inviati sulla terra. Ma analisi future potrebbero. E anche i dati di altri pianeti potrebbero.
"Se lo dicessimo, ciò potrebbe dirci che a un certo punto c'era vita", afferma. “Questo potrebbe aiutarci a pianificare l'esplorazione dello spazio. Se scopriamo che c'è un pianeta che ha questa grande diversità minerale di quello che forse è dove dobbiamo andare. ”
