Применение анализа больших данных к минералогии предлагает способ предсказать минералы, отсутствующие среди тех, которые известны науке, где их найти и где найти новые месторождения ценных минералов, таких как золото и медь, согласно новаторскому исследованию.
В статье, опубликованной журналом American Mineralogist, ученые сообщают о первом приложении к минералогии сетевой теории (наиболее известной для анализа, например, распространения болезней, террористических сетей или связей в Facebook).
Результаты, говорят они, являются пионерским способом выявления разнообразия и распределения минералов по всему миру, эволюции минералов в глубоком прошлом, новых тенденций и новых месторождений.
Во главе с Шоной Моррисон из Обсерватории Deep Carbon и исполнительным директором DCO Робертом Хейзеном (оба из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия). спонсировал группы по науке о данных инфраструктуры глубокого времени в Политехническом институте Ренсселера, Трой, штат Нью-Йорк.
«Поиски новых месторождений полезных ископаемых не прекращаются, но до недавнего времени открытие полезных ископаемых было скорее делом удачи, чем научным предсказанием», - говорит доктор Моррисон. «Все это может измениться благодаря большим данным».
Люди собрали огромное количество информации о более чем 5 200 известных видах минералов Земли (каждый из которых имеет уникальное сочетание химического состава и атомной структуры).
Описаны и каталогизированы миллионы образцов минералов из сотен тысяч мест по всему миру. Базы данных, содержащие подробную информацию о том, где был обнаружен каждый минерал, все его известные месторождения и возраст этих месторождений, велики и растут с каждой неделей.
Базы данных также записывают важную информацию о химическом составе и множестве физических свойств, включая твердость, цвет, атомную структуру и многое другое.
В сочетании с данными об окружающей географии, геологических условиях и сосуществующих полезных ископаемых ученые Земли теперь имеют доступ к ресурсам «больших данных», готовых для анализа.
До недавнего времени у ученых не было необходимых инструментов моделирования и визуализации, чтобы извлечь выгоду из этих гигантских запасов информации.
Сетевой анализ дает новое представление о полезных ископаемых, так же как комплексные наборы данных дают важное понимание связей в социальных сетях, моделей городского движения и метаболических путей, и это лишь несколько примеров.
«Большие данные - это большая вещь, - говорит д-р Хейзен. «Вы слышали об этом во всех областях - медицине, торговле; даже Агентство национальной безопасности США использует его для анализа телефонных записей - но до недавнего времени никто не применял методы больших данных в минералогии и петрологии».
"Я думаю, что это увеличит скорость открытия полезных ископаемых таким образом, что мы даже не можем себе представить сейчас."
Техника сетевого анализа позволяет геологам представлять данные из нескольких переменных по тысячам минералов, отобранных в сотнях тысяч местоположений, на одном графике.
Эти визуализации могут выявить закономерности появления и распределения, которые в противном случае могли бы быть скрыты в электронной таблице.
Другими словами, большие данные дают полную картину того, какие минералы сосуществуют друг с другом, а также какие геологические, физические, химические и (возможно, самое удивительное) биологические характеристики необходимы для их появления.
Исходя из этих выводов, можно относительно просто предсказать, какие минералы отсутствуют в научных списках, а также куда идти, чтобы найти новые месторождения.
Говорит д-р Хейзен: «Сетевой анализ может предоставить минералогам визуальные подсказки относительно того, куда идти и что искать. Это совершенно новая идея в статье, и я думаю, что она откроет совершенно новое направление в минералогия."
Эта методика уже использовалась для предсказания 145 отсутствующих углеродсодержащих минералов и определения мест их нахождения, что привело к созданию программы Carbon Mineral Challenge обсерватории Deep Carbon. На данный момент найдено десять.
Эта оценка получена на основе статистического анализа углеродсодержащих минералов, известных сегодня, а затем экстраполяции того, сколько ученых должны искать.
Предсказано до того, как они были найдены
«Мы использовали одни и те же методы, чтобы предсказать, что по крайней мере 1 500 минералов всех видов «пропали без вести», чтобы предсказать, что некоторые из них и где их найти», - говорит доктор Хазен..
Говорит д-р Моррисон: «Эти новые подходы к ряду реакций Боуэна» (на основе кропотливых лабораторных экспериментов Нормана Л. Боуэна в начале 1900-х годов), которые показывают, как последовательность характерных минералов появляется по мере остывания магмы.
Анализ показал точно такую же последовательность минералов, встроенных в минеральные сети.
Исследователи надеются, что эти методы приведут к пониманию и оценке ранее неизвестных взаимосвязей минералов в различных месторождениях полезных ископаемых.
Минеральные сети также будут служить эффективными визуальными инструментами для изучения минералогии и петрологии - областей науки, занимающихся происхождением, составом, структурой, свойствами и классификацией горных пород и минералов.
Сетевой анализ имеет множество потенциальных применений в геологии, как для исследований, так и для разведки полезных ископаемых.
Горнодобывающие компании могут использовать эту технологию для прогнозирования местоположения неизвестных месторождений полезных ископаемых на основе существующих данных.
Исследователи могли бы использовать эти инструменты, чтобы объяснить, как минералы Земли изменились с течением времени, и включить данные о молекулах биомаркеров, чтобы показать, как взаимодействуют клетки и минералы.
И геологи-рудники надеются использовать анализ минеральных сетей, чтобы найти новые ценные месторождения.
Доктор. Моррисон также надеется использовать сетевой анализ для раскрытия геологической истории других планет. Она является членом команды NASA Mars Curiosity Rover, которая идентифицирует марсианские минералы с помощью данных рентгеновской дифракции, отправленных на Землю. Применяя эти инструменты для анализа осадочных сред на Земле, она считает, что ученые могут также начать отвечать на аналогичные вопросы о Марсе.
«Минералы составляют основу всех наших материальных богатств, - отмечает она, - не только драгоценного золота и сверкающих драгоценных камней, но и в кирпиче и стали каждого дома и офиса, в автомобилях и самолетах, в бутылках и банках»., и в каждом высокотехнологичном гаджете от ноутбуков до айфонов."
"Минералы формируют почву, на которой мы выращиваем наши культуры, они обеспечивают гравий, которым мы прокладываем наши дороги, и они фильтруют воду, которую мы пьем."
"Этот новый инструмент для понимания полезных ископаемых представляет собой важный шаг вперед в научной области, представляющей жизненно важный интерес."