Att tillämpa stordataanalys på mineralogi erbjuder ett sätt att förutsäga mineraler som saknas från de som är kända för vetenskapen, var man hittar dem, och var man kan hitta nya fyndigheter av värdefulla mineraler som guld och koppar, enligt en banbrytande studie.

I en tidning publicerad av Amerikansk mineralog , forskare rapporterar den första tillämpningen på mineralogi av nätverksteori (mest känd för analys av t.ex. sjukdomens spridning, terroristnätverk, eller Facebook -anslutningar).

Resultaten, de säger, banbrytande ett sätt att avslöja mineralmångfald och distribution över hela världen, mineralutveckling genom djup tid, nya trender, och nya insättningar.

Leds av Shaunna Morrison från Deep Carbon Observatory och DCO verkställande direktör Robert Hazen (båda vid Carnegie Institution for Science i Washington, D.C.), tidningens 12 författare inkluderar DCO-kollegor Peter Fox och Ahmed Eleish vid Keck Foundation sponsrade Deep-Time Data Infrastructure Data Science Teams vid Rensselaer Polytechnic Institute, Troy NY.

"Strävan efter nya mineralfyndigheter är oupphörlig, men fram till nyligen har mineralupptäckt mer varit en fråga om tur än vetenskaplig förutsägelse, " säger Dr. Morrison. "Allt som kan förändras tack vare big data."

Människor har samlat en stor mängd information om jordens mer än 5, 200 kända mineralarter (som var och en har en unik kombination av kemisk sammansättning och atomstruktur).

Miljontals mineralexemplar från hundratusentals orter runt om i världen har beskrivits och katalogiserats. Databaser som innehåller information om var varje mineral upptäcktes, alla dess kända händelser, och åldrarna för dessa insättningar är stora och växer för veckan.

Databaser registrerar också viktig information om kemiska sammansättningar och en mängd fysikaliska egenskaper, inklusive hårdhet, Färg, atomstruktur, och mer.

Tillsammans med data om den omgivande geografin, den geologiska miljön, och samexisterande mineraler, Jordforskare har nu tillgång till "big data"-resurser mogna för analys.

Tills nyligen, forskare hade inte de nödvändiga modellerings- och visualiseringsverktygen för att dra nytta av dessa gigantiska lager av information.

Nätverksanalys ger ny insikt om mineraler, precis som komplexa datamängder erbjuder viktig förståelse för sociala medier, stadstrafikmönster, och metabola vägar, för att nämna några exempel.

"Big data är en stor sak, " säger Dr Hazen. "Du hör om det inom alla möjliga områden - medicin, handel; även USA:s nationella säkerhetsbyrå använder den för att analysera telefonposter - men tills nyligen hade ingen tillämpat stora datametoder på mineralogi och petrologi. "

"Jag tror att detta kommer att utöka graden av mineralupptäckt på sätt som vi inte ens kan föreställa oss nu."

Nätverksanalystekniken gör det möjligt för jordforskare att representera data från flera variabler på tusentals mineraler som tagits från hundratusentals platser i en enda graf.

Dessa visualiseringar kan avslöja mönster av förekomst och distribution som annars kan vara dolda i ett kalkylblad.

Med andra ord, big data ger en intim bild av vilka mineraler som samexisterar med varandra, samt vad geologiskt, fysisk, kemisk, och (kanske mest överraskande) biologiska egenskaper är nödvändiga för deras utseende.

Från dessa insikter är det ett relativt enkelt steg att förutsäga vilka mineraler som saknas i vetenskapliga listor, samt vart du ska gå för att hitta nya insättningar.

Dr Hazen säger:"Nätverksanalys kan ge mineraloger visuella ledtrådar om var de ska gå och vad de ska leta efter. Detta är en helt ny idé i tidningen och jag tror att det kommer att öppna en helt ny riktning inom mineralogin."

Tekniken har redan använts för att förutsäga 145 saknade kolhaltiga mineraler och var man kan hitta dem, som leder till skapandet av Deep Carbon Observatory's Carbon Mineral Challenge. Tio har hittats hittills.

Uppskattningen kom från en statistisk analys av kolhaltiga mineraler som är kända idag, extrapolerar sedan hur många forskare som ska leta efter.

Förutspått innan de hittades

"Vi har använt samma typer av tekniker för att förutsäga att minst 1, 500 mineraler av alla slag saknas, ' att förutsäga vad några av dem är, och var man hittar dem, " säger Dr Hazen.

Dr Morrison säger:"Dessa nya tillvägagångssätt för datadriven upptäckt tillåter oss att förutsäga både mineraler okända för vetenskapen idag och platsen för nya fyndigheter.

Dessutom, förstå hur mineraler har förändrats genom geologisk tid, tillsammans med vår kunskap om biologi, leder till nya insikter om samutvecklingen av geosfären och biosfären. "

I ett testfall, forskarna undersökte mineraler som innehåller koppar, som spelar kritiska roller i det moderna samhället (t.ex. rör, trådar), samt viktiga roller i biologisk evolution. Elementet är extremt känsligt för syre, så kopparns natur i ett mineral ger en ledtråd till nivån av syre i atmosfären vid den tidpunkt då mineralet bildades.

Utredarna utförde också en analys av vanliga mineraler i magmatiska bergarter - de som bildas från ett varmt smält tillstånd. De mineralnätverk av magmatiska bergarter som avslöjades genom big data återskapade "Bowens reaktionsserie" (baserad på Norman L. Bowens noggranna laboratorieexperiment i början av 1900-talet), som visar hur en sekvens av karakteristiska mineral uppträder när magman svalnar.

Analysen visade exakt samma sekvens av mineraler inbäddade i mineralnätverken.

Forskarna hoppas att dessa tekniker ska leda till en förståelse och uppskattning av tidigare okända mineralförhållanden i olika mineralfyndigheter.

Mineralnätverk kommer också att fungera som effektiva visuella verktyg för att lära sig om mineralogi och petrologi - de vetenskapsgrenar som berörs av ursprunget, sammansättning, strukturera, egenskaper, och klassificering av bergarter och mineraler.

Nätverksanalys har många potentiella tillämpningar inom geologi, både för forskning och mineralprospektering.

Gruvföretag kan använda tekniken för att förutsäga platserna för okända mineralfyndigheter baserat på befintlig data.

Forskare kan använda dessa verktyg för att förklara hur jordens mineraler har förändrats över tiden och införliva data från biomarkörmolekyler för att visa hur celler och mineraler interagerar.

Och malmgeologer hoppas kunna använda mineralnätverksanalys för att leda till värdefulla nya fyndigheter.

Dr Morrison hoppas också kunna använda nätverksanalys för att avslöja andra planets geologiska historia. Hon är medlem i NASAs Mars Curiosity Rover-team som identifierar Mars-mineraler genom röntgendiffraktionsdata som skickas tillbaka till jorden. Genom att använda dessa verktyg för att analysera sedimentära miljöer på jorden, hon tror att forskare också kan börja svara på liknande frågor om Mars.

"Mineraler utgör grunden för all vår materiella rikedom, " konstaterar hon, "inte bara dyrbart guld och lysande ädelstenar, men i tegelstenen och stålet i varje hem och kontor, i bilar och flygplan, i flaskor och burkar, och i alla högteknologiska prylar från bärbara datorer till iPhones."

"Mineraler bildar marken där vi odlar våra grödor, de ger gruset som vi asfalterar våra vägar med, och de filtrerar vattnet vi dricker. "

"Detta nya verktyg för att förstå mineraler representerar ett viktigt framsteg inom ett vetenskapligt område av avgörande intresse."