地球上には、ユビキタスクォーツから非常に珍しい指岩まで、5, 000を超える既知の鉱物種があり、エルサルバドルのイザルコ火山の頂上にのみ存在します。 鉱物学者は、鉱物がどこでどのように、そしてなぜ生じるかを長い間研究してきました。 現在、彼らは質問にビッグデータを適用しています。
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- 少なくとも145の炭素含有鉱物が不足しているため、それらを見つける手助けができます
研究者は、ネットワーク理論を使用して、さまざまな化学的、生物学的、物理的、地理的パラメータが鉱物の産地を決定する複雑な方法を理解しています。 ネットワーク理論–物事間の関係は一連の数学的規則によって支配されているという考え方–は、感染症の広がりを見たり、人間のグループ（テロ組織など）がどのように相互作用するかを理解するためによく使用されます。 研究者は、それが新しい種類の鉱物を発見し、金や銅のような貴重な資源の群れを見つけ、地球が形成された方法をよりよく理解するのに役立つことを望んでいます。 この研究に関する報告書は、 アメリカの鉱物学誌に掲載されたばかりです。
「私たちは、鉱物システムを全体論的な方法で見ています」と、地球上の炭素をよりよく理解することに専念する科学者のネットワークであるディープカーボン天文台のエグゼクティブディレクターであるロバートヘイゼンとともに研究を率いたシャウンナモリソンは言います。 「多くの異なるパラメーター間の関係とフィードバックを調査することができ、私たちの惑星が何でできているのか、そしてその理由を把握することができます。 地球の表面で鉱物がどのように発生するかを見始めると、非常に特定の理由でそれらが一緒に発生することがわかります。 ネットワークでそれを非常にはっきりと見ることができます。」
たとえば、クォーツと長石のさまざまな種は、同じプロセス（マグマの結晶化）の異なるポイントで作成されたため、一般に一緒に発生します（花崗岩の2つの主要成分）。 鉱物の「種」は、現在の方法で他の鉱物と区別できる単なる鉱物です。
研究者は、世界中の数十万の場所からの数百万の鉱物標本のデータベースを使用しています。 これらのデータベースには、化学組成、硬度、年齢、鉱床のサイズ、鉱物が見つかった場所などの鉱物に関する情報が含まれています。 彼らはこれを周囲の地理と地質環境に関するデータと組み合わせました。 結果は、そうでなければ見にくいパターンを明らかにする可能性のある一連のモデルです。 これらのパターンは、どの鉱物が一緒に発生する傾向があるかを示し、特定の鉱物が見つかった場所にどのような地質、化学、物理特性が存在するかを示すことができます。
403炭素鉱物のネットワーク図。 色付きの円はそれぞれ異なる炭素鉱物を表しています。 円のサイズと色は、それがどれほど一般的かを示しています。 （モリソンら、アメリカ鉱物学者の好意による）。 これにより、鉱物学者はこれまでずっとこの種の仕事をゆっくりした重労働で行ってきました。
「たとえば、アリゾナにはこれらの銅鉱山があり、[鉱物学者]は、これらの銅鉱物が非常に徹底的に形成される方法を研究し、マッピングと化学分析を行い、それらの形成方法を理解するためにこれらの堆積物を数千時間研究します」カーネギー科学研究所のポスドク研究員であるモリソンは言う。 「それらがどのように形成されたかを最終的に理解したら、「OK、これは一体どこで起こったのでしょうか？」と言うことができます。 つまり、地球の地質学の歴史を深く理解する必要があります。 それから掘りに行きます。」
それぞれの色の付いた円が異なる銅を含む鉱物を表す664の銅鉱物のネットワーク。 分布は、これまで認識されていなかった分布のパターンを示しています（Morrison et al。、礼儀アメリカ鉱物学者）。 ネットワーク理論により、靴革の研究をほとんど行うことなく、地球上で推定1, 500種の未発見の鉱物をより迅速かつ簡単に見つけることができます。 既知の鉱物間のネットワークを調べることにより、科学者はギャップを埋めることができるかもしれません。
「「次の銅鉱物はおそらくこの組成を持ち、地球上のこの場所で見つかるでしょう」と潜在的に言うことができます」とモリソンは言います。
研究者はすでにデータ分析を使用して、145の「失われた」炭素含有（炭素を含むことを意味する）鉱物を予測しています。これは統計モデルに従って存在するはずですが、まだ発見されていません。 これにより、市民科学プロジェクトであるカーボンミネラルチャレンジが作成されました。このプロジェクトでは、プロおよびアマチュアの鉱物採集者にこれらの予測された鉱物の発見を支援してもらいます。 参加者は野生で標本を見つけることができ、潜在的な新しい発見のためにコレクションを精査することも求められます。 これまでに10個の新しい炭素含有鉱物が発見されました。
同じ原理は、鉱物学者が金のような貴重な資源の新しい源を見つけるのを助けることができただけでなく、地球上の1つか2つの場所にのみ存在するかもしれない珍しい鉱物も。 ほとんどの場所にはわずかな鉱物しかありませんが、ロシアのコラ半島などのいくつかの場所は非常に豊富です。 このデータは、コラ半島のような場所に非常に多くの鉱物がある理由を示すのに役立ち、さまざまな貴重な鉱物の同様に豊富な源であるかもしれない地球上の他の場所を予測することができます。
「これは素晴らしいことだと思う」とノースカロライナ大学チャペルヒル校の地質科学の教授で、研究に関与していなかったアレン・グラズナーは言う。 「化学者がパターンを見始めたとき、化学者がどのように周期表に記入したかを思い出します。パターンが原子構造によってどのように支配されているのか知らなくても、パターンを認識できました。」
モリソンは、人間にとってミネラルの重要性を過大評価することは難しいと言います。
「ミネラルは基本的に、私たちが社会で使用する、水や油のように成長したり地面から汲み出されたりしないすべてのものを構成します」と彼女は言います。 「私たちの建物、私たちの車、基本的に私たちが日常的に使用するすべてのもの、骨さえもすべて鉱物でできています。」
ミネラルがどのように発生するかというパターンは、地球上およびそれを超えた植物や動物の生活について何かを教えることにも役立ちます。 データ分析によって生成された地球上の鉱物分布の特徴的なパターンは、「バイオシグネチャ」である可能性があります、とモリソン氏は言います。 これは、生物学的生命（微生物の存在など）がミネラルに影響すると考えられているため、ミネラルがどのように発生してクラスター化するかのパターンは、植物および動物の生命の上昇によって影響を受ける可能性があることを意味します。 NASA Mars Curiosity Roverチームのメンバーであり、地球に返送されたX線回折データから火星の鉱物を特定しているMorrison氏は、月と火星の鉱物分布の予備分析ではこれらの特徴的なパターンを示していません。 しかし、将来の分析は可能性があります。 また、他の惑星からのデータも同様です。
「これを言えば、それはある時点で生命があったことを私たちに伝えているかもしれません」と彼女は言います。 「それは、宇宙探査の計画に役立つ可能性があります。 鉱物の多様性が非常に高い惑星がある場合、それは私たちが行く必要がある場所かもしれません。」
