Parisite-(La):Ce minéral nouveau pour la science, prédit par l'analyse des mégadonnées, a été découvert dans l'État de Bahia, au nord-est du Brésil. Crédit :Luiz Menezes
L'application de l'analyse des mégadonnées à la minéralogie offre un moyen de prédire les minéraux manquants parmi ceux connus de la science, où les trouver, et où trouver de nouveaux gisements de minéraux précieux tels que l'or et le cuivre, selon une étude novatrice.
Dans un article publié par Minéralogiste américain , les scientifiques rapportent la première application à la minéralogie de la théorie des réseaux (mieux connue pour l'analyse, par exemple, de la propagation de la maladie, réseaux terroristes, ou connexions Facebook).
Les résultats, ils disent, pionnier d'un moyen de révéler la diversité et la distribution des minéraux dans le monde entier, évolution minérale à travers les temps profonds, nouvelles tendances, et de nouveaux gisements.
Dirigé par Shaunna Morrison du Deep Carbon Observatory et le directeur exécutif de DCO Robert Hazen (tous deux à la Carnegie Institution for Science à Washington, D.C.), les 12 auteurs de l'article incluent les collègues du DCO Peter Fox et Ahmed Eleish des équipes de science des données Deep-Time Data Infrastructure parrainées par la Fondation Keck au Rensselaer Polytechnic Institute, Troy NY.
"La quête de nouveaux gisements minéraux est incessante, mais jusqu'à récemment, la découverte de minéraux était plus une question de chance que de prédiction scientifique, ", explique le Dr Morrison. "Tout cela peut changer grâce aux mégadonnées."
Les humains ont collecté une grande quantité d'informations sur la Terre plus de 5, 200 espèces minérales connues (chacune ayant une combinaison unique de composition chimique et de structure atomique).
Des millions de spécimens minéraux provenant de centaines de milliers de localités à travers le monde ont été décrits et catalogués. Des bases de données contenant des détails sur l'endroit où chaque minéral a été découvert, toutes ses occurrences connues, et les âges de ces dépôts sont importants et augmentent de semaine en semaine.
Les bases de données enregistrent également des informations essentielles sur les compositions chimiques et une foule de propriétés physiques, y compris la dureté, Couleur, structure atomique, et plus.
Couplé à des données sur la géographie environnante, le cadre géologique, et minéraux coexistants, Les scientifiques de la Terre ont désormais accès à des ressources de « mégadonnées » mûres pour l'analyse.
Jusque récemment, les scientifiques n'avaient pas les outils de modélisation et de visualisation nécessaires pour capitaliser sur ces énormes stocks d'informations.
L'analyse du réseau offre un nouvel aperçu des minéraux, tout comme les ensembles de données complexes offrent une compréhension importante des connexions aux médias sociaux, les schémas de circulation en ville, et les voies métaboliques, pour ne citer que quelques exemples.
"Le Big Data est une grande chose, " dit le Dr Hazen. " Vous en entendez parler dans toutes sortes de domaines - médecine, Commerce; même la National Security Agency des États-Unis l'utilise pour analyser les enregistrements téléphoniques, mais jusqu'à récemment, personne n'avait appliqué les méthodes de Big Data à la minéralogie et à la pétrologie. »
Les chercheurs Ahmed Eleish (Renselaer Polytechnic Institute) et Shaunna Morrison (Carnegie Institution of Science) et leurs collègues ont appliqué des outils d'analyse de réseau, comparables à celles utilisées dans l'étude de la propagation des épidémies ou dans la conception des réseaux électriques municipaux, pour développer une toute nouvelle façon de visualiser les connexions des minéraux de la Terre. Crédit :Anirudh Prabhu
"Je pense que cela va augmenter le taux de découverte de minéraux d'une manière que nous ne pouvons même pas imaginer maintenant."
La technique d'analyse de réseau permet aux scientifiques de la Terre de représenter les données de plusieurs variables sur des milliers de minéraux échantillonnés à partir de centaines de milliers d'emplacements dans un seul graphique.
Ces visualisations peuvent révéler des modèles d'occurrence et de distribution qui pourraient autrement être masqués dans une feuille de calcul.
En d'autres termes, les mégadonnées fournissent une image intime des minéraux qui coexistent les uns avec les autres, ainsi que ce que géologique, physique, chimique, et (peut-être le plus surprenant) des caractéristiques biologiques sont nécessaires à leur apparition.
À partir de ces informations, il est relativement simple de prédire quels minéraux manquent dans les listes scientifiques, ainsi que où aller pour trouver de nouveaux gisements.
Selon le Dr Hazen :« L'analyse de réseau peut fournir des indices visuels aux minéralogistes concernant où aller et ce qu'il faut rechercher. C'est une toute nouvelle idée dans l'article et je pense qu'elle ouvrira une toute nouvelle direction en minéralogie.
Déjà, la technique a été utilisée pour prédire 145 minéraux carbonés manquants et où les trouver, menant à la création du Défi Minéral Carbone du Deep Carbon Observatory. Dix ont été trouvés à ce jour.
L'estimation est venue d'une analyse statistique des minéraux carbonés connus aujourd'hui, puis extrapoler le nombre de scientifiques à rechercher.
Prédit avant qu'ils ne soient trouvés
"Nous avons utilisé les mêmes types de techniques pour prédire qu'au moins 1, 500 minéraux de toutes sortes manquent, ' pour prédire ce que sont certains d'entre eux, et où les trouver, " dit le Dr Hazen.
Selon le Dr Morrison :« Ces nouvelles approches de la découverte basée sur les données nous permettent de prédire à la fois des minéraux inconnus de la science aujourd'hui et l'emplacement de nouveaux gisements.
En outre, comprendre comment les minéraux ont changé au cours des temps géologiques, couplée à nos connaissances en biologie, ouvre de nouvelles perspectives sur la co-évolution de la géosphère et de la biosphère. "
La distribution des minéraux et des localités suit un modèle distinctif avec quelques minéraux très communs et beaucoup plus d'espèces rares-une distribution qui a conduit à la prédiction que plus de 1, 500 espèces minérales existent sur Terre mais n'ont pas encore été découvertes et décrites. La chasse est maintenant lancée pour ces minéraux « manquants ». Ici, un diagramme de réseau pour les minéraux porteurs de carbone révèle des modèles auparavant cachés dans leur diversité et leur distribution. Chaque cercle coloré représente un minéral carboné différent. La taille et la couleur des cercles indiquent à quel point chaque minéral est commun ou rare sur Terre. Quatre exemples illustrés sont :(1) la calcite, le minéral carboné le plus commun, qui se produit à des dizaines de milliers de localités; (2) malachite, un magnifique minéral de carbonate de cuivre ornemental vert connu dans des milliers de localités; (3) lanthanite, un carbonate d'éléments de terres rares signalé dans seulement 14 localités dans le monde ; et (4) la skorpionite minérale de carbonate de calcium-zinc extrêmement rare, qui n'est connu que d'une seule localité en Namibie. Les cercles noirs représentent plus de 300 localités régionales différentes où se trouvent ces minéraux. La taille des cercles indique combien de minéraux carbonés se trouvent dans chaque localité, et les lignes relient les espèces minérales et leurs localités. Crédit :Projet Keck DTDI
Dans un cas test, les chercheurs ont exploré des minéraux contenant du cuivre, qui joue un rôle essentiel dans la société moderne (par exemple, tuyaux, fils), ainsi que des rôles essentiels dans l'évolution biologique. L'élément est extrêmement sensible à l'oxygène, ainsi, la nature du cuivre dans un minéral offre un indice sur le niveau d'oxygène dans l'atmosphère au moment où le minéral s'est formé.
Les enquêteurs ont également effectué une analyse des minéraux communs dans les roches ignées, celles formées à partir d'un état fondu à chaud. Les réseaux minéraux des roches ignées révélés par le Big Data ont recréé la "série de réaction de Bowen" (basée sur les expériences de laboratoire minutieuses de Norman L. Bowen au début des années 1900), qui montre comment une séquence de minéraux caractéristiques apparaît lorsque le magma se refroidit.
L'analyse a montré exactement la même séquence de minéraux intégrés dans les réseaux minéraux.
Les chercheurs espèrent que ces techniques conduiront à une compréhension et à une appréciation des relations minérales auparavant non reconnues dans des gisements minéraux variés.
Les réseaux minéraux serviront également d'outils visuels efficaces pour l'apprentissage de la minéralogie et de la pétrologie - les branches de la science concernées par l'origine, composition, structure, Propriétés, et la classification des roches et des minéraux.
L'analyse de réseau a de nombreuses applications potentielles en géologie, tant pour la recherche que pour l'exploration minière.
Les sociétés minières pourraient utiliser la technologie pour prédire l'emplacement de gisements minéraux inconnus sur la base des données existantes.
Les chercheurs pourraient utiliser ces outils pour expliquer comment les minéraux de la Terre ont changé au fil du temps et intégrer les données des molécules biomarqueurs pour montrer comment les cellules et les minéraux interagissent.
Et les géologues du minerai espèrent utiliser l'analyse du réseau minéral pour conduire à de nouveaux gisements précieux.
Le Dr Morrison espère également utiliser l'analyse de réseau pour révéler l'histoire géologique d'autres planètes. Elle est membre de l'équipe Mars Curiosity Rover de la NASA qui identifie les minéraux martiens grâce aux données de diffraction des rayons X renvoyées sur Terre. En appliquant ces outils pour analyser les environnements sédimentaires sur Terre, elle pense que les scientifiques pourraient également commencer à répondre à des questions similaires sur Mars.
« Les minéraux sont à la base de toutes nos richesses matérielles, " note-t-elle, "pas seulement de l'or précieux et des pierres précieuses brillantes, mais dans la brique et l'acier de chaque maison et bureau, dans les voitures et les avions, en bouteilles et en canettes, et dans tous les gadgets high-tech, des ordinateurs portables aux iPhones."
"Les minéraux forment les sols dans lesquels nous cultivons nos cultures, ils fournissent le gravier avec lequel nous pavons nos routes, et ils filtrent l'eau que nous buvons."
"Ce nouvel outil de compréhension des minéraux représente une avancée importante dans un domaine scientifique d'un intérêt vital."
