Дълбоко под краката ни, приблизително на 2900 километра под повърхността, където вискозната мантия преминава в течното външно ядро, учените са открили шест неизвестни досега аномални зони. Това откритие е станало възможно чрез анализ на данни за земетресения с помощта на изкуствен интелект, съобщава ScienceAlert.

Движението на горещите слоеве в рамките на планетата деформира земната кора, създавайки условия както за живот, така и за опасни земетресения и вулканични изригвания. Следователно, разбирането на това как се държат дълбоките слоеве на Земята е важно не само за научното любопитство, но и за оценката на природните рискове.

Как земетресенията „осветяват“ вътрешността на планетата?

Пробиването директно до ръба на мантията и ядрото е невъзможно, така че геофизиците разчитат на сеизмичните вълни от земетресенията. В ново проучване, публикувано в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, екип от Китайската академия на науките анализира повече от 2 милиона записа на земетресения от последните три десетилетия и половина.

Особено внимание е обърнато на слабите сеизмични сигнали, известни като предвестници на PKP вълни. Това са много слаби вълни, които пристигат малко преди мощните PKIKP вълни. Докато вълните преминават през Земята и се натъкват на дребномащабни нередности на границата между ядрото и мантията, част от енергията се разсейва и пътува по други пътища.

Разсеяните PKP вълни преминават през течното външно ядро, но не и през твърдото вътрешно ядро, и могат да достигнат сеизмичните станции преди основния PKIKP сигнал. Времената им на пристигане могат да се използват, за да се направи извод за наличието на необичайни структури дълбоко в планетата.

Проблемът е, че тези сигнали са много слаби и идентифицирането им сред милиони записи е колосално начинание. Преди това изследователите трябваше ръчно да преглеждат сеизмограмите, което е бавно и субективно.

Изкуственият интелект срещу милиони сеизмограми

За да ускорят процеса, учените са обучили система за дълбоко обучение предварително да проверява записите. Алгоритъмът е анализирал вълновите форми на близо 5000 земетресения, случили се между 1990 и 2024 г.

Програмата първо оценява качеството на записите и след това определя дали те съдържат прекурсори на PKP. Важно е, че изследователите ръчно проверяват и коригират грешките на модела, а коригираните примери са използвани повторно за обучение. Това съчетава скоростта на изкуствения интелект с човешкия надзор.

В резултат на това системата е открила 174 929 висококачествени сигнала-предшественици на PKP – повече от десет пъти над всички предишни изследвания взети заедно. Този масивен набор от данни е позволил създаването на подробна глобална карта на структурите в долната част на мантията.

Ако преди картите показваха отделни, привидно произволни „петна“, сега става ясно, че някои от тях са обединени в големи, почти непрекъснати пояси.

Шест нови зони и техният възможен произход

Анализът разкрива шест нови региона, обозначени като B1–B6, за които авторите смятат, че съдържат дълбоко разположени разсейващи елементи – нееднородности, които значително влияят върху разпространението на сеизмичните вълни. Тези зони преди това са били до голяма степен неизследвани с помощта на прекурсорите на PKP.

Изследователите предпазливо предполагат, че някои от откритите структури може да са свързани с материал, изтласкан дълбоко в Земята чрез субдукция, когато океанските плочи се потапят под други плочи. Според изследване, проведено през 2023 г., в дълбоката мантия могат да съществуват едновременно различни видове материали: континентална и океанска кора, седименти и първични мантийни материали.

Възможно е там да се съхраняват и останките на обект, който някога се е сблъскал със Земята, вероятно довел до образуването на Луната. На границата между ядрото и мантията, където преобладават огромни налягания и температури, такава материя може да претърпи химични промени, частично да се разтопи или да се трансформира в други минерални фази, образувайки джобове със свойства, различни от тези на околната мантия.

Авторите интерпретират откритите от тях дребномащабни структури като възможни „термохимични куполи“, образувани от комбинация от няколко процеса: останки от многократно потъващи плочи, локално частично топене, минерални преходи и взаимодействия с известни „гигантски буци“ – големи области с ниска скорост.

Защо тези структури са важни за нас?

Такива аномалии могат да окажат влияние върху движението на мантията и горещината на магмата под вулкани или средноокеански хребети. Различните скали се нагряват и топят при различни температури, така че наличието на специфични структури може да определи дали ще се случи изригване и колко мощно ще бъде то.

Освен практическата си стойност за оценка на вулканичната активност, новите данни могат да помогнат за решаването на фундаментални въпроси като това как са се образували тектоничните плочи, защо магнитното поле на Земята показва определени асиметрии и как функционира дълбочинната динамика на планетата като цяло.

Новата карта откроява шест региона, които преди това са били слабо обхванати от проучванията на PKP, но сега са обещаващи за по-подробен анализ. Те включват области под високогеографските ширини на Евразия, Централна Азия и Южния Атлантик.

Според авторите, тези зони трябва да бъдат приоритет за бъдещи изследвания с висока резолюция, използващи различни видове сеизмични вълни. Те очакват, че с нарастването на каталога с такива сигнали ще бъде възможно значително да се усъвършенстват моделите на структурата на долната мантия и по-добре да се разбере геодинамичното състояние на земните дълбини.