Ученые предложили создать новую научную дисциплину — минеральную информатику

В прошлом году на страницах журнала American Mineralogist Американского минералогического общества (Mineralogical Society of America) появилась статья, которая фактически провозгласила создание нового научного направления. В работе приняли участие ведущие минералоги мира, включая генерального директора Кольского научного центра РАН, академика Сергея Кривовичева.

Минералы как естественные продукты геологических процессов сами по себе несут огромное количество информации. Например, они фиксируют факторы среды (физические, химические и в некоторых случаях даже биологические), которые могут многое сказать об условиях, которые были на нашей планете в момент их формирования. Все эти данные можно найти, исследуя и интерпретируя основные, второстепенные и микроэлементы, включения, текстуру поверхности, размер и форму зерен, соотношение стабильных изотопов и многое другое.

Каждый минерал в своих признаках хранит огромное количество информации. Минералогия за последние несколько десятков лет активно использует методы, основанные на данных, например для поиска новых минералов. Количество информации, которую можно извлечь из отдельного образца, настолько увеличилось, что позволяет использовать эти данные и за пределами чистой минералогии. Именно поэтому группа выдающихся ученых создала текст, который может считаться манифестом нового научного направления – минеральной информатики.

С точки зрения исследователей минеральная информатика рассматривает восемь базовых исследовательских вопросов:

1) Могут ли химические и физические свойства образцов минералов раскрывать их парагенетические особенности и функционировать в качестве посредников для биосигнатур? Более простым языком это можно охарактеризовать как использование информации, полученной из образцов минералов, для воспроизведения условий биологической жизни в соответствующие эпохи. Это позволит отделить минералы, которые образовались при влиянии живых организмов, от тех, которые образовались в строго абиотических условиях

2) Влияет ли присутствие жизни на минералогическое разнообразие планеты и статистическое распределение минеральных видов? Ответ на этот вопрос может помочь в исследованиях, связанных с возможностью существования биологической жизни на других планетах.

3) Можем ли мы предсказать наличие минералов на других планетах, учитывая ограниченные данные о них?

4) Совместное присутствие минералов и жизни: способствуют ли минералы метаболическому ландшафту или формируют его? Другими словами – как присутствие тех или иных минералов влияет на основные обменные процессы живых организмов, которые развиваются в среде, состоящей из таких минералов?

5) Какую роль сыграли минералы в возникновении жизни?

6) Могут ли минеральные сети служить биосигнатурой планетарного масштаба? Иначе говоря, может ли присутствие определенных видов минералов со всем комплексом доступной по ним информации говорить о присутствии сейчас или в прошлом того или иного типа живых организмов на конкретной планете?

7) Могут ли минеральные сети служить показателем степени планетарной эволюции? Ответ на этот вопрос подразумевает определенное представление об эволюции планет, которая очевидно является контр-энтропийным процессом. Таким образом, если считать эволюцию увеличением структурной сложности исследуемой системы, могут ли минеральные сети служить показателем таких процессов для систем планетарного масштаба?

8) Сыграли ли появление и эволюция жизни какую-то роль в увеличении средней структурной сложности минералов на Земле в течение длительного времени? Этот вопрос интересен тем, что возможно, именно присутствие жизни определяет ту минералогическую сложность, которую ученые наблюдают на Земле.

Такие исследовательские вопросы во многом отходят весьма далеко от основных задач не только минералогии, но и даже геолого-минералогических наук в целом. Для исследований в этом направлении требуются специфические методы, которые основаны на больших данных и самообучающихся системах, поскольку обрабатывать такие объемы информации без привлечения современных информационных методов совершенно невозможно.

При этом важно проверять все информационно-аналитические методы более традиционными минералогическими инструментами, чтобы избежать ошибок. Последние десятилетия доказали эффективность такого подхода в минералогии. Минералы как относительно стабильные свидетели прошлого могут дать неисчерпаемый источник информации по всем вышеперечисленным вопросам и возможно ряду других, еще даже несформулированных.

Исследователи уверены, что будущее десятилетие передовых исследований в минералогии будет сосредоточено на систематическом и скоординированном изучении данных о минералах и методов обработки данных, используемых для формулировки научных заключений. А это значит, что минеральная информатика может стать основой междисциплинарных проектов с минералогическим участием.

КНЦ РАН

76 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше