Пояснение к таблице “Начало” (“CollStart”)
| Вид материала | Документы |
- Ведущие богословы важнейшие богословские вопросы глава средние века и возрождение около, 7223.72kb.
- Программа развития муниципального общеобразовательного учреждения «Гимназия №41», 1307.75kb.
- Задание на третий раздел курсовой работы по курсу «Математические основы теории систем», 68.07kb.
- Цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер, 145.18kb.
- Домашнее задание Пояснение 1 Иностранный язык Амосов П. В. Стр. 51 упр., 25.42kb.
- Шалыгин А. А. Технические циркуляры Ассоциации «Росэлек-тромонтаж» 2004-2006 тт. Пояснение, 795.53kb.
- Пояснение лица, имеющего отношение к перемещению товаров и транспортных средств через, 26.17kb.
- А юрчик ни при чём! (авторское пояснение), 2074.43kb.
- Е, о каком культурном явлении говорится в стихотворении, подкрепите свою точку зрения, 178.65kb.
- Информация и информационные технологии, 89.97kb.
Пояснение к таблице “Начало” (“CollStart”) универсальной RHA- классификации химических составов геологических объектов
“Начало” (“CollStart”) содержит RHA-индексы химических составов фоскоритов, карбонатитов и многих других горных пород, а также теоретических и реальных составов некоторых минералов. Файлы:
CollStart_Ru-2010.rar,
RHA-Typical-Rocks-2005.rar,
HelpColl_Ru-2010.rtf,
RHA-Mica+Sheet silicates-2010.rar,
RHA-Sheet silicates_Groups-2010.rar,
Help-Mica+Sheet silicates_2010-Ru.rtf,
RHA-Tourmaline-2009.rar,
RHA-Tur-Groups-2005.rar,
Help_Turm_2010-Ru.rtf,
R-Min-Catalogue-2010.rar,
RHA_Garnet-Group Minerals_2010.rar,
RHA+Chem An_Grt Incl in Diamonds_2010.rar,
RHA_schorlomites+Analyses_2010.rar,
RHA-Grt_xenoliths_G types_2010.rar,
Help_Garnet_2010-Ru.rtf,
RHA-Min-Chem_alkaline rocks-2010.rar,
RHAchem_Lamproph clan_2010.rar,
RHA-Min-Chem comp_lamprophyres_2010.rar.
Авторы: Т.Петров1, Н. Краснова1, Е. Балаганская2, М. Бурнаева3
1 С.-Петербургский Университет, C- - Петербург, Россия (tomas_petrov@rambler.ru; nataly_krasnova@rambler.ru)
2 Кольский Научный Центр, РАН, Апатиты, Россия
3 ВНИИ Океангеология 190121 Санкт-Петербург, Россия (burnaevam@mail.ru)
Цели публикации показать, что:
- информационный язык RHA и методы на его основе обеспечивают возможность единообразно описывать и упорядочивать химико-аналитическую информацию о составах любых геологических и других природных и искусственных объектов, то есть является универсальным способом систематизации химико-аналитической информации;
- алфавитное упорядочение R и числовое упорядочение количественных характеристик H и A (при одинаковых R) обеспечивает а) линейное однозначное упорядочение составов и б) автоматическое возникновение иерархической классификации химических составов;
- RHA-классификация является периодической, то есть сходные составы располагаются группами, между которыми находятся иные составы,
- RHA-метод обеспечивает возможность поиска аналогов без предварительной идентификации объектов, поскольку RHA-индексы сходных по составу объектов располагаются близко;
- объекты, практически неразличимые по RHA-индексам, соответственно, идентичные по химическим составам, могут иметь разные названия;
- есть возможность выделять области химического пространства, относительно хорошо или слабо представленные аналитическими данными.
Краткое описание языка-метода RHA
Описание анализа в системе RHA (Петров, 1971; 2001) состоит из трех параметров: R - ранговая формула; H - информационная энтропия и А- анэнтропия.
Ранговая формула – последовательность символов химических элементов данного анализа, упорядоченных по уменьшению атомных содержаний, т.е. частот встречи атомов данного сорта.
Символ "=" между соседними элементами означает, что pi/pi+1 ≤ 1,15, что соответствует различиям между соседними компонентами, не превышающим 15 относительных процентов.
Сложность состава измеряется информационной энтропией, которая была определена Шенноном (Shannon, 1948a,b) как H = –SUM pi ln pi, где pi - атомное количество i-го элемента в ранговой формуле. Чтобы привести H к интервалу 0 - 1, и избежать совпадения символов энтропии и водорода энтропия переопределена как:
En = H/ln(n), где n = 10 - число элементов в ранговой формуле стандартной длины (она может быть определена иной по желанию исследователя).
Чистота анализа измеряется анэнтропией, которая, согласно Т. Петрову (1971,2001), определена как А = –[(SUM ln pi) /n] – ln n, где обозначения те же. Чтобы привести А к интервалу 0-1, А делится на AMax, которая равна анэнтропии "аналитически абсолютно чистой одноэлементной системы", состав которой в долях единицы
p1 = 0.99955, p2 = p3 = ... = p10 = 0.00005.
Нормированные значения En и An от оснований логарифмов не зависят.
Используя совокупность R, En, и An, которая может служить “паспортом состава горной породы”, можно описывать, систематизировать выборки ранговых формул, отражающих составы любых геологических объектов.
Однозначное иерархическое упорядочивание выборки ранговых формул производится следующим образом. Ранговая формула (Rchem) данного анализа принимается за "слово", в котором "буквы" являются символами химических элементов. Эти "слова" упорядочиваются по словарному принципу, (как в словарях) согласно "алфавиту". За алфавит принята последовательность химических элементов в Периодической таблице.
В такой последовательности близкие составы располагаются группами периодически. Сходные составы имеют мало различающиеся ранговые формулы и близкие значения EnAn.
Каждый заинтересованный в выяснении места собственных данных в приведенной совокупности отображений составов, может перевести химический состав любой геологического объекта в атомные % и ранжировать их в порядке их величин, как это показано ниже.
Таблица 1. Пример получения ранговой формулы
| Химический состав доломитового карбонатита (масс. %) | ||||||||||||
| SiO2 | TiO2 | Al2O3 | FeO | Fe2O3 | MnO | MgO | CaO | K2O | P2O5 | CO2 | Total | |
| 0.59 | 0.03 | 0.31 | 3.47 | 2.14 | 0.19 | 19.76 | 30.48 | 0.11 | 1.60 | 41.22 | 99.90 | |
| Ранговая формула = это символы химических элементов, ранжированные по уменьшению их ат. % | ||||||||||||
| O | C | Ca= | Mg | Fe | P | Si | Al | Mn= | K | Na | Ti | |
| 59.68 | 18.08 | 10.49 | 9.46 | 1.41 | 0.44 | 0.19 | 0.12 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | 0.01 | |
Итак, из масс. % оксидов производится расчет атомных процентов химических элементов, которые упорядочиваются по их уменьшению, в результате чего получается ранговая формула.
С целью стандартизации описания любых составов в представленных таблицах во внимание принимаются первые 10 элементов. Производится перенормировка содержаний ат. % элементов к 100%, после чего рассчитывают En и An.
Получение ранговой формулы, как и необходимые действия для расчета En и An, могут быть произведены с использованием компьютерной программы Excel.
Информационный язык RHA осуществлен в новой компьютерной программе, "PETROS 2" (Мошкин и др., 2000), которая предназначена также для решения ряда других минералогических и петрологических задач.
Содержание коллекций составов
В прилагаемой таблице CollStart_Ru-2010.xls представлено упорядоченное отображение на языке RHA составов горных пород, минералов и некоторых других природных объектов. Описания минералов присутствуют в двух видах. Для теоретических составов (без примесей) приведены только ранговые формулы. Для реальных составов приведены ранговые формулы и EnAn.
В таблице RHA_Lamproph clan_2010.xls приведены RHA данные для пород «лампрофирового клана» - кимберлитов, лампроитов и лампрофиров, которые вошли также и в таблицу CollStart_Ru-2010.xls.
Общее количество RHA-описаний анализов в коллекции – 4231.
После удаления из файла “CollStart” материалов о редких породах, с неизвестным минеральным составом, была сформирована коллекция, названная нами “RHA типичных пород” (RHA-Typical-Rocks-2005.xls). В этой коллекции, наряду с ранговыми формулами химических составов, даны названия ведущих в данной породе минералов. Одинаковым цветом выделены минералы и соответствующие им элементы в ранговых формулах Rchem. Общее число RHA-описаний составов в таблице “RHA-Typical-Rocks-2005.xls” – 508.
Структура таблиц
Таблицы являются иерархическими периодическими классификациями составов.
Горизонтальные линии – разделители, выявляющие различия между ранговыми формулами, начинаются слева под элементом, ниже которого стоит другой элемент с большим атомным номером. Так выделяются группы различных ранговых формул. В участках таблицы, в которых преобладают короткие разделители, находятся горные породы, относительно хорошо представленные в коллекции по отношению к их разнообразию в природе. Ранговые формулы, которые находятся между длинными разделителями, соответствуют необычным для данной коллекции составам, слабо представленным в нашей коллекции.
Желтые и голубые выделения свободных колонок между РФ и En,An отмечают составы, имеющие идентичные ранговые формулы. В тех случаях, когда ранговые формулы оказывались одинаковыми, RHA составов с описаниями объектов упорядочивались по уменьшению значений En.. При равенстве En объекты располагаются по возрастанию An. Внутри группы составов, имеющих сходные ранговые формулы, их степень сходства может оцениваться на диаграмме EnAn. Сильно различающиеся составы имеют также и существенно различные значения En и An. При тождестве ранговых формул равенства En и An не всегда свидетельствуют об одинаковости составов, но всегда – об их близости.
Свойства классификации составов на базе метода RHA
- Однозначность линейного упорядочения. Алфавитное упорядочение ранговых формул и расположение описаний составов, имеющих одинаковые ранговые формулы, по величинам энтропийных характеристик, определяют однозначность линейного упорядочения составов.
- Иерархичность. Каждая ранговая формула максимальной длины (при выбранном стандарте) определяет имя класса наинизшего таксона (аналог вида в биологии). При нашем стандарте это класс R10. Составы, имеющие данную ранговую формулу (R10), входят в следующий по уровню обобщения, более широкий класс R9 (аналог семейства), для чего отбрасывается (игнорируется) последний элемент. Составы, входящие в R9, входят в еще более широкий круг составов, характеризующихся более короткими ранговыми формулами R8. И так далее до максимально широких классов R1 (аналоги “царств”), общее количество которых равно количеству химических элементов в природе. Таким образом, ранговая формула стандартной длины является полным перечнем всех классов, всех таксономических единиц, в которые входит конкретный состав объекта.
- Периодичность. Сходные составы имеют ранговые формулы, различающиеся перестановками соседних элементов. Поэтому при алфавитном упорядочении ранговых формул сходные составы, различающиеся по ранговым формулам, распределяются в таблице группами с разрывами, в которых находятся иные составы, в чем и проявляется периодичность. Наиболее яркий пример – распределение карбонатитов в таблицах CollStart и RHATypical (O C Ca…– O Ca C…).
- Тенденция к нарастанию средней атомной массы объектов. Это свойство прямое следствие принятия в качестве алфавита Периодической таблицы химических элементов. Свойство хорошо проявляется при широком разнообразии составов, включенных в выборку, см. обсуждаемые таблицы. Здесь статистическое увеличение средних атомных масс происходит от объектов, имеющих ранговые формулы OHNa, до объектов с ранговыми формулами OFeCa.
- Свобода выбора детальности описания по методу RHA. Длина ранговой формулы (соответственно, принятие к сведению большего или меньшего объема информации о составе объекта) выбирается в зависимости от требований, диктуемых задачами исследования. Для целей изучения генезиса и горных пород и минералов, в общем, требуется более высокая детальность, чем для идентификации объекта.