Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Полторы тысячи земных минералов еще ждут своего открытия


На пыльных тропинках далеких планет
Останутся наши следы...

Римкорольгит

Красивые игольчатые кристаллы редкого минерала римкорольгита, известного только из единственного места — рудника Ковдор на Кольском полуострове. Подобные редкие виды составляют большую часть разнообразия земных минералов. Фото с сайта mindat.org

Американские ученые воспользовались мировой базой данных по местонахождениям различных земных минералов, чтобы проанализировать их частотное распределение. Выяснилось, что оно подчиняется известному закону Ципфа: часто встречаются лишь немногие виды минералов, а подавляющее большинство видов редки, их можно встретить в одном-двух местах на нашей планете. Эта модель предсказывает, что ученым еще предстоит найти около полутора тысяч новых минералов вдобавок к уже известным почти пяти тысячам. Пока не найдено столь же разнообразных по своему минералогическому составу небесных тел, а вероятность существования минерального аналога Земли, как показали расчеты, порядка 10−322, а это на 300 порядков меньше, чем вероятность существования планет земного типа. Так что наша планета в этом смысле точно уникальна.

Если отнестись к вынесенным в эпиграф словам популярной песни буквально, то в них найдется известная доля истины — планеты земного типа наверняка существуют. Но одновременно возникают и сомнения — что это за инопланетная пыль, и можно ли будет на чужом грунте протоптать тропинки? Тут требуются знания о минералах других планет земного типа: будут ли они похожи на земные?

Этим вопросом задались математики и геохимики из Аризонского университета и Университета Мэна под руководством Роберта Хейзена (Robert M. Hazen), представляющего Институт Карнеги в Вашингтоне. Группа Хейзена давно и плодотворно работает над проблемами эволюции земных минералов (а сам Роберт Хейзен — автор книги «История Земли. От звездной пыли — к живой планете»), и недавно опубликованная работа в журнале Earth and Planetary Science Letters — лишь один небольшой шаг на пути к пониманию того, как формировалось нынешнее минеральное разнообразие.

Хейзен с коллегами представляют эволюцию земных минералов как поэтапный процесс (рис. 1, см.: R. M. Hazen et al., 2008. Mineral evolution). В звездной пыли присутствуют около десятка устойчивых минералов, с них-то и начинается минеральная история планеты. В ходе формирования протопланетного диска и небесных тел материя разогревается, и образуются новые минералы — в частности, с алюмо-кальциевыми включениями. Так набирается около 60 новых минералов. Их разнообразие отражают хондритные метеориты. На втором этапе эти минералы испытывают превращения под действием температуры, во время трансформации и столкновений астероидных тел. В результате число видов минералов увеличивается примерно вчетверо. Представление о них дают ахондриты. Тут появляется кварц и некоторые глинистые минералы. Затем под воздействием вулканизма, дегазации, фракционирования и кристаллизации слагается минеральная земная кора, в которой формируется около 1500 минералов. Самыми распространенными являются группы гранитоидов и пегматитов.

Рис. 1. Динамика разнообразия минералов на Земле

Рис. 1. Динамика разнообразия минералов на Земле: число их увеличивается от нескольких десятков до примерно 5000, резкий рост связан с формированием кислородной атмосферы. По горизонтальной оси отложено время в млрд лет до наших дней. Рисунок с сайта hazen.carnegiescience.edu; там же подробно описаны все 10 этапов минеральной эволюции, обозначенные в кружках

Следующие этапы самые значимые для нашей планеты — дальнейшая эволюция минералов проходит при участии воды, кислорода и биологических сил. Число возможных геохимических обстановок, относительно стабильных в присутствии жизни, резко увеличивается, соответственно возрастает и число минеральных видов. На сегодня на Земле известно примерно 5000 минералов (см. базу данных Международной минералогической ассоциации). В этом отношении наша планета уникальна — такого разнообразия пока не известно ни для одного небесного тела.

Частота встречаемости этих минералов далеко не равномерна — она, как выяснилось, подчиняется закону Ципфа (который также называют правилом 80/20 и законом Парето). Чаще всего это эмпирическое правило формулируют на примере распределения богатства: 80% материальных ценностей принадлежат 20% людей. А вообще, обиходное выражение закона Ципфа примерно такое: 80% последствий обусловлены 20% событий (причин). Это очень распространенный закон распределений в биологической и экономико-социальной жизни, который охватывает все ее стороны, хотя однозначно объяснить его механизм пока не удалось.

Команда Хейзена доказала, что и частотное распределение минеральных видов тоже согласуется с этим законом. Около 65% видов минералов — редкие: каждый из них известен из одного-двух местонахождений. А самые частые минералы, которые находят в 50% случаев, попадают примерно в 20% всего минерального разнообразия (рис. 2). «Биологические» и «минеральные» законы распределения похожи, потому что минеральное разнообразие формируется под действием «минерального отбора», аналогичного естественному («биологическому»): в каждой конкретной обстановке больше и лучше образуются те минералы, которые в данных условиях более устойчивы и требуют наименьших затрат для синтеза. Кроме того, биологическая эволюция может быть взаимосвязана с минеральной более вещественными связями, хотя этот вопрос прояснят только будущие исследования.

Рис. 2. Распределение минералов бериллия в зависимости от количества местонахождений

Рис. 2. Распределение минералов бериллия в зависимости от количества местонахождений: по данным мировой базы данных (серый цвет) и расчетное по модели Ципфа (синий цвет). Примерно такое же распределение характерно и для других элементов. Модель показывает, что к известным 112 минералам бериллия нужно прибавить 91, которые пока еще не найдены. График из обсуждаемой статьи в Earth and Planetary Science Letters

Точные расчеты с применением модели Ципфа показали, что ученым еще предстоит найти около полутора тысяч новых минералов. Эти минералы теоретически должны существовать, но пока не известны: скорее всего, они светлые или белые, также плохо различимые по своей текстуре и форме кристаллов, легко растворимые в воде. Авторы публикации указывают, что среди них наверняка много таких, которые уже синтезированы искусственно.

Кроме этих многообещающих расчетов команда Хейзена предложила свой вариант оценки вероятности существования минерального двойника Земли. Они исходили из известных данных: число галактик должно быть порядка 1011, и в каждой из них порядка 1011 звезд. Если предположить наличие у звезды одной планеты (или спутника) земного типа, то получится 1022 таких возможных планет. Какова вероятность присутствия земного минерального разнообразия в этом неподдающемся воображению планетном ансамбле? Если учесть полученные цифры распределения минеральных видов, то ответ: 10−322. Так что вероятность найти «минеральный» аналог Земли несравнимо (!) меньше вероятности нахождения планеты земного типа. Если на такой планете и получится «пыльная тропинка», то она вряд ли (и это совершенно колоссальное вряд ли) напомнит космонавтам родную планету.

Источник: 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.

Елена Наймарк


Комментарии (28)



Последние новости: МинералогияГеохимияСтатистикаЕлена Наймарк

07.12
Мальки рыб в океане держатся родственными стайками
01.12
Иммунный статус макак зависит от социального
23.11
Численность и генетическое разнообразие китовых акул измерили по пробам воды
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
08.11
Многие беспозвоночные, подобно млекопитающим, вынашивают и выкармливают свое потомство
31.10
Шмели перенимают новые знания от товарищей
20.10
Европейские зубры появились еще в плейстоцене
09.10
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2016
04.10
Собаки, ориентированные на общение с человеком, имеют мутации в пяти генах

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия