Півтори тисячі земних мінералів ще чекають свого відкриття • Олена Наймарк • Новини науки на "Елементи" • Мінералогія, Статистика, Геохімія

Півтори тисячі земних мінералів ще чекають свого відкриття

На запорошених стежинах далеких планет
Залишаться наші сліди …

Красиві голчасті кристали рідкісного мінералу рімкорольгіта, відомого тільки з єдиного місця – рудника Ковдор на Кольському півострові. Подібні рідкісні види складають більшу частину різноманітності земних мінералів. Фото з сайту mindat.org

Американські вчені скористалися світової базою даних за місцезнаходженням різних земних мінералів, щоб проаналізувати їх частотний розподіл. З'ясувалося, що воно підпорядковується відомому закону Ціпфа: часто зустрічаються лише деякі види мінералів, а переважна більшість видів рідкісні, їх можна зустріти в одному-двох місцях на нашій планеті. Ця модель передбачає, що вченим ще належить знайти близько півтори тисячі нових мінералів на додачу до вже відомим майже п'яти тисячам. Ще не знайдено настільки ж різноманітних по своєму мінералогічному складі небесних тіл, а ймовірність існування мінерального аналога Землі, як показали розрахунки, близько 10−322, А це на 300 порядків менше, ніж ймовірність існування планет земного типу. Так що наша планета в цьому сенсі точно унікальна.

Якщо поставитися до винесеним в епіграф словами популярної пісні буквально, то в них знайдеться певна частка істини – планети земного типу напевно існують. Але одночасно виникають і сумніви – що це за інопланетна пил, і чи можна буде на чужому грунті протоптати стежки? Тут потрібні знання про мінерали інших планет земного типу: чи будуть вони схожі на земні?

Цим питанням задалися математики і геохімік з університету Арізони і Університету Мена під керівництвом Роберта Хейзена (Robert M. Hazen), що представляє Інститут Карнегі у Вашингтоні. Група Хейзена давно і плідно працює над проблемами еволюції земних мінералів (а сам Роберт Хейзен – автор книги "Історія Землі. Від зоряного пилу – до живої планеті"), і нещодавно опублікована робота в журналі Earth and Planetary Science Letters – лише один невеликий крок на шляху до розуміння того, як формувалося нинішнє мінеральне різноманітність.

Хейзен з колегами представляють еволюцію земних мінералів як поетапний процес (рис. 1, див .: R. M. Hazen et al., 2008. Mineral evolution). У зоряного пилу присутні близько десятка стійких мінералів, з них-то і починається мінеральна історія планети. В ході формування протопланетного диска і небесних тіл матерія розігрівається, і утворюються нові мінерали – зокрема, з алюмо-кальцієвими включеннями.Так набирається близько 60 нових мінералів. Їх різноманітність відображають хондрітние метеорити. На другому етапі ці мінерали випробовують перетворення під дією температури, під час трансформації і зіткнень астероїдних тел. В результаті число видів мінералів збільшується приблизно вчетверо. Уявлення про них дають ахондрити. Тут з'являється кварц і деякі глинисті мінерали. Потім під впливом вулканізму, дегазації, фракціонування і кристалізації складається мінеральна земна кора, в якій формується близько 1500 мінералів. Найпоширенішими є групи гранітоїдів і пегматитів.

Мал. 1. Динаміка різноманітності мінералів на Землі: число їх збільшується від декількох десятків до приблизно 5000, різке зростання пов'язане з формуванням кисневої атмосфери. за горизонтальній осі відкладено час в млрд років до наших днів. Малюнок з сайту hazen.carnegiescience.edu; там же докладно описані всі 10 етапів мінеральної еволюції, позначені в гуртках

Наступні етапи найзначніші для нашої планети – подальша еволюція мінералів проходить за участю води, кисню і біологічних сил. Число можливих геохімічних обстановок, відносно стабільних в присутності життя,різко збільшується, відповідно зростає і число мінеральних видів. На сьогодні на Землі відомо приблизно 5000 мінералів (див. Базу даних Міжнародної мінералогічної асоціації). В цьому відношенні наша планета унікальна – такого розмаїття поки не відомо ні для одного небесного тіла.

Частота народження цих мінералів далеко не рівномірна – вона, як з'ясувалося, підкоряється закону Ціпфа (який також називають правилом 80/20 і законом Парето). Найчастіше це емпіричне правило формулюють на прикладі розподілу багатства: 80% матеріальних цінностей належать 20% людей. А взагалі, повсякденне вираз закону Ціпфа приблизно таке: 80% наслідків обумовлені 20% подій (причин). Це дуже поширений закон розподілів в біологічної та економіко-соціального життя, який охоплює всі її сторони, хоча однозначно пояснити його механізм поки не вдалося.

Команда Хейзена довела, що і частотний розподіл мінеральних видів теж узгоджується з цим законом. Близько 65% видів мінералів – рідкісні: кожен з них відомий з одного-двох місцезнаходжень. А найчастіші мінерали, які знаходять в 50% випадків, потрапляють приблизно в 20% всього мінерального різноманітності (рис. 2)."Біологічні" і "мінеральні" закони розподілу схожі, тому що мінеральне різноманітність формується під дією "мінерального відбору", аналогічного природному ( "біологічному"): в кожній конкретній обстановці більше і краще утворюються ті мінерали, які в даних умовах більш стійкі і вимагають найменших витрат для синтезу. Крім того, біологічна еволюція може бути взаємозалежна з мінеральної більш речовими зв'язками, хоча це питання прояснять тільки майбутні дослідження.

Мал. 2. Розподіл мінералів берилію в залежності від кількості місцезнаходжень: за даними світової бази даних (сірий колір) І розрахункове по моделі Ціпфа (синій колір). Приблизно такий же розподіл характерно і для інших елементів. Модель показує, що до відомих 112 мінералів берилію потрібно додати 91, які поки ще не знайдені. Графік з обговорюваної статті в Earth and Planetary Science Letters

Точні розрахунки із застосуванням моделі Ціпфа показали, що вченим ще належить знайти близько півтори тисячі нових мінералів. Ці мінерали теоретично повинні існувати, але поки не відомі: швидше за все, вони світлі або білі, також погано помітні по своїй текстурі і формі кристалів, легко розчинні у воді.Автори публікації вказують, що серед них напевно багато таких, які вже синтезовані штучно.

Крім цих багатообіцяючих розрахунків команда Хейзена запропонувала свій варіант оцінки ймовірності існування мінерального двійника Землі. Вони виходили з відомих даних: число галактик повинно бути близько 1011, І в кожній з них близько 1011 зірок. Якщо припустити наявність у зірки однієї планети (або супутника) земного типу, то вийде 1022 таких можливих планет. Яка ймовірність присутності земного мінерального різноманітності в цьому не піддається уяві планетному ансамблі? Якщо врахувати отримані цифри розподілу мінеральних видів, то відповідь: 10−322. Так що ймовірність знайти "мінеральний" аналог Землі незрівнянно (!) Менше ймовірності знаходження планети земного типу. Якщо на такій планеті і вийде "курна стежка", то вона навряд чи (і це абсолютно колосальне навряд чи) нагадає космонавтам рідну планету.

джерело: G. Hystad, R. Towns, E. S. Grew, R. M. Hazen. Statistical analysis of mineral diversity and distribution: Earth's mineralogy is unique // Earth and Planetary Science Letters. 2015. V. 426. P. 154-157.

Олена Наймарк


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: