Existem mais de 5.000 espécies minerais conhecidas na Terra, desde o onipresente quartzo até a tremenda e rara fingerite, que existe apenas no cume do vulcão Izalco, em El Salvador. Os mineralogistas há muito estudam como e por que os minerais ocorrem onde o fazem. Agora, eles estão aplicando big data à pergunta.
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Os pesquisadores estão usando a teoria de redes para entender a maneira complexa como os diferentes parâmetros químicos, biológicos, físicos e geográficos determinam onde os minerais ocorrem. A teoria das redes - a ideia de que as relações entre as coisas são governadas por um conjunto de regras matemáticas - é frequentemente usada para analisar a disseminação de doenças infecciosas ou para entender como grupos humanos (por exemplo, organizações terroristas) interagem. Os pesquisadores esperam que ele os ajude a descobrir novos tipos de minerais, encontrar valiosos recursos como ouro e cobre, e entender melhor como a Terra foi formada. Um relatório sobre o trabalho acaba de ser publicado na revista American Mineralogist .
"Estamos analisando os sistemas minerais de forma holística", diz Shaunna Morrison, que liderou a pesquisa, juntamente com Robert Hazen, diretor executivo do Deep Carbon Observatory, uma rede de cientistas dedicada a entender melhor o carbono na Terra. “Podemos explorar o relacionamento e o feedback entre muitos parâmetros diferentes, e podemos ter uma ideia do que nosso planeta é feito e por quê. Uma vez que você começa a observar como os minerais ocorrem na superfície da Terra, você percebe que eles ocorrem juntos por razões muito específicas. Você pode ver isso nas redes de forma muito distinta ”.
Por exemplo, o quartzo e várias espécies de feldspatos comumente ocorrem juntos (são dois dos principais ingredientes do granito) porque foram criados em diferentes pontos do mesmo processo, a cristalização do magma. Uma 'espécie' mineral é simplesmente um mineral que pode ser distinguido de qualquer outro mineral pelos métodos atuais.
Os pesquisadores estão usando bancos de dados de milhões de espécimes minerais de centenas de milhares de lugares ao redor do mundo. Esses bancos de dados contêm informações sobre minerais, como composição química, dureza, idade, tamanho do depósito e localização onde o mineral foi encontrado. Eles combinaram isso com dados sobre geografia e configuração geológica ao redor. O resultado é uma série de modelos que podem revelar padrões que, de outra forma, seriam difíceis de ver. Esses padrões podem fornecer uma imagem de quais minerais tendem a ocorrer juntos e podem mostrar quais propriedades geológicas, químicas e físicas existem onde minerais específicos são encontrados.
Um diagrama de rede para 403 minerais de carbono. Cada círculo colorido representa um mineral de carbono diferente. O tamanho e a cor dos círculos mostram como é comum. (Morrison e outros, cortesia do American Mineralogist). Isso poderia tornar a vida muito mais fácil para os mineralogistas, que historicamente fizeram esse tipo de trabalho através de trabalho lento e duro.
“Por exemplo, o Arizona tem essas minas de cobre, e [mineralogistas] estudam as formas como esses minerais de cobre se formam de forma muito exaustiva, fazendo mapeamento e análises químicas, e gastando milhares de horas estudando esses depósitos para entender como eles se formaram” diz Morrison, um pesquisador de pós-doutorado no Carnegie Institution for Science. “Quando você finalmente entende como eles se formaram, você pode dizer, 'OK, onde mais na terra isso poderia ter acontecido?' O que significa que você precisa ter uma grande compreensão da história geológica da Terra. Então você vai cavar.
Uma rede de 664 minerais de cobre, com cada círculo colorido representando um mineral diferente de cobre. A distribuição mostra padrões de distribuição não reconhecidos anteriormente (Morrison et al., Cortesia do American Mineralogist). Teoria de rede pode tornar muito mais rápido e fácil encontrar as estimadas 1.500 espécies desconhecidas de minerais na terra, sem fazer quase tanta pesquisa de couro de sapato. Ao observar as redes entre os minerais conhecidos, os cientistas podem preencher as lacunas.
“Podemos potencialmente dizer: 'OK, o próximo mineral de cobre provavelmente terá essa composição e será encontrado neste lugar na Terra'”, diz Morrison.
Os pesquisadores já usaram a análise de dados para prever 145 "ausentes" de carbono (ou seja, que contêm carbono) minerais, que devem existir de acordo com modelos estatísticos, mas ainda não foram descobertos. Isso levou à criação de um projeto de ciência cidadã, o Carbon Mineral Challenge, que pede a colecionadores de minerais profissionais e amadores para ajudar a encontrar esses minerais previstos. Os participantes podem encontrar espécimes em estado selvagem e também são solicitados a vasculhar suas coleções em busca de novas descobertas em potencial. Dez novos minerais contendo carbono foram encontrados até agora.
O mesmo princípio poderia ajudar os mineralogistas a encontrar novas fontes de recursos valiosos como o ouro, além de minerais raros que só podem existir em um ou dois lugares da Terra. A maioria dos lugares tem apenas alguns minerais, enquanto alguns lugares - a Península Kola da Rússia, por exemplo - são extremamente abundantes. Os dados poderiam ajudar a mostrar por que lugares como a Península de Kola têm um número tão grande de minerais, e poderiam prever outros lugares na Terra que poderiam ser fontes igualmente ricas de vários minerais valiosos.
"Eu acho que isso é ótimo", diz Allen Glazner, professor de ciências geológicas da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, que não esteve envolvido na pesquisa. "Isso me lembra de como os químicos preenchem a tabela periódica assim que começam a ver os padrões. Mesmo que eles não soubessem como os padrões eram governados pela estrutura atômica, eles eram capazes de reconhecer padrões."
É difícil superestimar a importância dos minerais para os seres humanos, diz Morrison.
"Minerais essencialmente compõem tudo o que usamos em nossa sociedade que não é cultivada ou bombeada para fora do solo, como água ou óleo", diz ela. “Nossos prédios, nossos carros, basicamente tudo o que usamos diariamente, até nossos ossos são todos feitos de minerais.”
Os padrões de como os minerais ocorrem também podem ajudar a ensinar a usar algo sobre a vida animal e vegetal na Terra - e além dela. Os padrões distintos de distribuição de minerais na terra produzidos pela análise de dados podem ser uma "bioassinatura", diz Morrison. Isso significa que os padrões de como os minerais ocorrem e se agrupam podem ser influenciados pelo aumento da vida vegetal e animal, já que se acredita que a vida biológica (como a presença de microorganismos) afeta os minerais. Análises preliminares da distribuição de minerais na Lua e em Marte não mostram esses padrões distintos, diz Morrison, que é membro da equipe Mars Curiosity Rover da NASA, identificando minerais marcianos a partir de dados de difração de raios X enviados de volta à Terra. Mas a análise futura pode. E os dados de outros planetas também podem.
"Se dissermos isso, isso pode estar nos dizendo que houve vida em algum momento", diz ela. “Isso poderia nos ajudar no planejamento da exploração espacial. Se descobrirmos que há um planeta que tem essa grande diversidade mineral do que talvez seja para onde precisamos ir.
