Проєкт «Carbon Mineral Challenge»

Carbon Mineral Challenge — це громадський науковий проект, спрямований на прискорення відкриття вуглецевих мінералів. Програму було запущено в грудні 2015 року за підтримки Deep Carbon Observatory. Проект завершився у вересні 2019 року, коли в 27 локаціях було знайдено 31 новий вуглецевий мінерал.

Передумови

Мінералог Роберт Гейзен і його колеги запровадили концепцію еволюції мінералів, щоб пояснити, як життя і геологія перепліталися протягом кількох мільярдів років існування Землі. У рамках цього дослідження група розробила модель, яка поєднує розташування та розподіл відомих мінералів, щоб передбачити кількість невідомих вуглецевих мінералів на Землі. Метод схожий на статистичні методи, які використовуються в біології. Гейзен і його група передбачили, що 145 вуглецевих мінералів залишаються невідкритими на Землі.

У 2015 році журнал American Mineralogist опублікував статтю, що підтримує дослідження — «Екологія вуглецевих мінералів», а в 2015 році на осінньому засіданні Американського геофізичного союзу в Сан-Франциско було оголошено про Carbon Mineral Challenge — конкурс-виклик із пошуку нових вуглецевих мінералів. Керівником проєкту став геохімік Деніел Хаммер (Університет Південного Іллінойсу).

У центрі уваги проєкту — вуглець через важливість цього елемента для життя на Землі та те, що про це так мало відомо.

Метод дослідження

Дослідження, що лежить в основі Carbon Mineral Challenge, базується на типі аналізу, що називається моделюванням великої кількості рідкісних подій (LNRE). Щоб дійти до загальної кількості раніше не описаних 145 вуглецевих мінералів, Гейзен і його колеги, включаючи математика Грету Гістад з Університету Пердью-Калумет, зосередилися на зв'язках різноманітності та розподілу 403 відомих вуглецевих мінералів. Використовуючи 82 922 одиниці даних про мінеральні види та їх місцеположення, зведені в таблиці на mindat.org (станом на 1 січня 2015 року), дослідники виявили, що всі вуглецеві мінерали, а також підмножини, що містять вуглець з воднем, кальцієм, натрієм або киснем, відповідають розподілам LNRE. Цей метод аналізу часто використовується в мікробіології для оцінки нових видів.

Гейзен порівнює цей метод моделювання з читанням книги. «Деякі слова, які ви читаєте знову і знову, наприклад „and“ та „the“. Ці загальні слова є скрізь, і їх легко помітити», — каже Гейзен. «З іншого боку, є слова, які можуть з'являтися лише один чи два рази у всій книзі. Зниклі мінерали Землі схожі на ці рідкісні слова; ми їх ще не знайшли, тому що вони утворилися лише в дуже небагатьох місцях і в дуже маленьких кількостях».

Дослідники відзначають, що 145 є мінімальною оцінкою невідкритих вуглецевих мінералів з двох причин. По-перше, розрахунок базується на припущенні, що мінерали продовжуватимуть відкривати за допомогою тих самих процедур. Проте очікується, що нові методи та новітні технології прискорять швидкість відкриттів. По-друге, дані з mindat.org занижують кількість найрідкісніших мінералів, знайдених виключно в одному або двох місцях; це упередження призводить до нижчих оцінок невідкритих корисних копалин.

Гейзен і його колеги продовжують досліджувати мінералогію великих даних у проєкті під назвою «Спільна еволюція гео- та біосфер: інтегрована програма абдуктивних відкриттів на основі даних у науках про Землю».

Як працює проєкт

Щоб зареєструвати новий вуглецевий мінерал у проєкті, мінералогів просять дотримуватися протоколу, викладеного Комісією Міжнародної мінералогічної асоціації з нових мінералів, номенклатури та класифікації. Після того, як вуглецевий мінерал буде схвалено цим органом, команда, відповідальна за відкриття мінералу, надсилає свої знахідки через форму на веб-сайті проекту. Станом на грудень 2015 року було 405 відомих і занесених у каталог вуглецевих мінералів.

Проєкт зосереджений як на нових відкриттях у галузі, так і на аналізі зразків, які вже зберігаються в музеях та інших установах. З моменту запуску проєкту описано тридцять один новий вуглецевий мінерал. Хоча два мінерали, абеллаїт і паризит-(La) мають хімічний склад, передбачений дослідницькою групою, були деякі несподівані знахідки, зокрема мінерал-уранілкарбонат леосилардит і тиннункуліт, який є органічним мінералом.

Аналіз мінералів, проведений Гейзеном та його колегами, дає деякі підказки щодо перспективних місць для пошуку нових вуглецевих мінералів і передбачає їх хімічний склад.

Список знайдених нових мінералів

У рамках проєкту були знайдені такі нові мінерали:

Назва	Хімічна формула	Клас
Абеллаїт	$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{P}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H})$	карбонати
Акоповаїт	$\mathrm{A}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_{12}(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3)(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_3$	карбонати
Алтерит	$\mathrm{Z}\mathrm{n}{\phantom{A}}_2\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{+}4(\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_4(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_4\cdot 17\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	сульфати
Араваїт	$\mathrm{B}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_{18}(\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_6(\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_3(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3)\mathrm{F}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}$	фосфати
Браунерит	$\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2)(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_3\cdot 6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Девідбрауніт-(NH4)	$(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_5(\mathrm{V}\mathrm{O}){\phantom{A}}_2(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)[\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_{2,75}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_{1,25}]{\phantom{A}}_4\cdot 3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	фосфати
Едскоттит	$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_5\mathrm{C}{\phantom{A}}_2$	карбіди
Юїнґіт	$\mathrm{M}\mathrm{g}{\phantom{A}}_8\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_8(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_{24}(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{30}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_{12}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_{138}$	органічні мінерали
Фієммеїт	$\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_2(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2\cdot 2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	органічні мінерали
Лазараскеїт	$\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2$	органічні мінерали
Леосилардит	$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_6\mathrm{M}\mathrm{g}(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_2(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_6\cdot 6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Маркеттіїт	$\mathrm{C}{\phantom{A}}_5\mathrm{H}{\phantom{A}}_7\mathrm{N}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$	органічні мінерали
Маркіїт	$\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_9(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_4(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{13}\cdot 28\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Маркліт	$\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_5(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_6\cdot 6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Метауроксит	$(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_2(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_2$	органічні мінерали
Мейровіцит	$\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2)(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\cdot 5\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Міддлебакіт	$\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2$	органічні мінерали
Натро-маркіїт	$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_8(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_4(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{13}\cdot 27\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Падлевіліт	$\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_5\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_2(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_4(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{12}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_{33}$	карбонати
Паризит-(La)	$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{L}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_3\mathrm{F}{\phantom{A}}_2$	карбонати
Фоксит	$(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2\mathrm{M}\mathrm{g}{\phantom{A}}_2(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_4$	органічні мінерали
Псевдомаркіїт	$\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_8(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_4(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{12}\cdot 21\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Рамаццоїт	$[\mathrm{M}\mathrm{g}{\phantom{A}}_8\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_{12}(\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_4(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_{24}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_{20}][(\mathrm{H}{\phantom{A}}_{0,33}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_3(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_{36}]$	сульфати
Ройміллерит	$\mathrm{P}\mathrm{b}{\phantom{A}}_{24}\mathrm{M}\mathrm{g}{\phantom{A}}_9(\mathrm{S}\mathrm{i}{\phantom{A}}_{10}\mathrm{O}{\phantom{A}}_{28})(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_{10}(\mathrm{B}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3)(\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_{13}\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$	силікати
Шликіт	$\mathrm{Z}\mathrm{n}{\phantom{A}}_2\mathrm{M}\mathrm{g}(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2\cdot 4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	карбонати
Сомерсетит	$\mathrm{P}\mathrm{b}{\phantom{A}}_8\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_5$	карбонати
Штрахерит	$\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}_6(\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2[(\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3)]{\phantom{A}}_2\mathrm{F}$	карбонати
Тиннункуліт	$\mathrm{C}{\phantom{A}}_5\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{N}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot 2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	органічні мінерали
Тріазоліт	$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{u}{\phantom{A}}_2(\mathrm{N}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_2(\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3\cdot 4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	органічні мінерали
Уроксит	$[(\mathrm{U}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2){\phantom{A}}_2(\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4)(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_2]\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	органічні мінерали
Вампеніт	$\mathrm{C}{\phantom{A}}_{18}\mathrm{H}{\phantom{A}}_{16}$	органічні мінерали
...	...