矿物学系统:全球矿物图能教给我们一些新的东西吗?

1、摘要

利用4872 种矿物4975 个端元成分化学式的数据进行数值处理和绘图。研究结果中最引人注目的是水化趋势,该趋势涵盖了整个矿物学系统——可能与地球上矿物形成的地质历史有关。已证实O 与F、O 与Cl、Al 与Si 等元素对之间存在有趣的负关联性,同时O 与S 曲线图记录了硫的双重行为特性。Al 和Si 的测定结果有可能让分析人员吃惊,因为可能同时发现还含有H。根据可用的数据集还绘制成了条形图,以反映整个矿物领域各元素浓度分布的主要特征。

2、引言

以前有一篇论文,介绍了Shannon(1948)的信息熵理论及四个在矿物化学式中出现的元素的原子数的函数并据此对整个矿物学系统进行二维投影成图。通过测试投影图对于识别新矿物的可行性,结果令人振奋,从而证实了其作为三维物理属性绘图基础的可能性。所有这些数据都存储在一个103 列(元素)、4975 行(对应4872 种矿物)的矩阵中。其中27 列为零。使用Statistica(第5 版,美国StatSoft 公司)和Statgraphics 4.2 程序(美国Statpoint Technologies 公司)进行了标准的统计计算。另外,还采用LFExpress73 Lahey Fortran 编程语言编写了附加的程序,并进行了编译。制图采用Origin(Pro)7.5 软件(美国Originlab 集团)。

3、结果

本文通过绘制端元成分化学式的数量与每个化学式中的元素数量(图),列出按照矿物数量递减的顺序列出元素(表)、按同样递减的顺序列出全部963 种双元素矿物(表)以及列出了总共7486 种矿物中的1050 种三元素矿物(表)。以上述三表一图为基础,讨论双变量关系、双变量正相关关系、耦合关系及元素的含量分布。讨论过程中绘制了根据610 个化学式绘制的Si-Al 图、379 种矿物的O-F 图、317 种矿物的O-Cl 图、O-H 图与不含H 矿物中O 的频率条形图、584 种矿物的O- P 图、549 种矿物的O-Cl 图、267 种矿物的O-B 图、858 种矿物的H-Al 图、986 种矿物的H-Si 图、H 作为Al 和Si 的函数图以及6 个特征元素的含量分布(图1)等。

图1  6 个特征元素的含量分布

4、结论

在完整的矿物数据库里的基本信息具有证明已知晶体化学和地球化学特征趋势,并发现新的关系的未被开发的潜力。这些关系反过来可以阐明控制矿物存在、发生和多样化的更大范围的原理和机制。一些矿物的多种化学式就是其未被完全了解的标志,因此进一步研究应当收集更高质量的数据,以便更清楚地揭示这些关系。最后,同样重要的是,一些关系可能需要使用更多的数据来说明,但考虑到每年将新增加大约100 种新的矿物,因此随着时间的推移,情况也会越来越好。

 

 

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