Takmer 3 000 kilometrov pod našimi nohami sa pevný zemský plášť stretáva s tekutým vonkajším jadrom bohatým najmä na železo. Je to miesto, ku ktorému sa človek fyzicky nikdy nedostane. Čínski vedci teraz vytvorili doteraz najkomplexnejšiu globálnu mapu oblastí, kde sa môžu nachádzať drobné nepravidelnosti v najspodnejšej časti plášťa. Pomohli im seizmické vlny zo silných zemetrasení a deep learning.
Deep learning odhalil slabé signály z hranice jadra a plášťa
Keď vznikne zemetrasenie, seizmické vlny sa šíria vnútrom celej planéty. Pri prechode cez rôzne vrstvy sa lámu, odrážajú alebo rozptyľujú. Z ich správania potom vedci dokážu odhadnúť, čo sa nachádza tisíce kilometrov pod povrchom, hoci dané miesto nemôžu priamo pozorovať.
Odoberaj Vosveteit.sk cez Telegram a prihlás sa k odberu správ
Tím z Čínskej akadémie vied sa v štúdii publikovanej v časopise Journal of Geophysical Research: Solid Earth zameral na slabé seizmické signály známe ako PKP precursors. K seizmometrom dorazia ešte pred hlavnou PKP fázou, pretože časť seizmickej energie sa cestou rozptýli na malých nepravidelnostiach v hlbokom plášti. Práve tie sa často nachádzajú tesne nad hranicou jadra a plášťa približne 2 900 kilometrov pod povrchom.
Výskumníci spracovali viac než dva milióny seizmických waveformov, teda záznamov priebehu vĺn zo zemetrasení s magnitúdou Mw 6,0 a vyššou, ktoré nastali medzi rokmi 1990 a 2024. Algoritmus v nich identifikoval presne 174 929 PKP precursorov. To je približne desaťnásobne väčší súbor než v predchádzajúcich štúdiách.
Zdroj: Belish / depositphotos.com
Ručné hľadanie takýchto slabých signálov je pri miliónoch záznamov prakticky nemožné. Vedci preto nasadili deep learning, no výsledky nenechali bez kontroly. Algoritmus priebežne upravovali podľa manuálne overených dát.
VIDEO: Takýto zápas neuvidíš ani v Mortal Kombat. Robot odkopol súperovi hlavu, ten bojoval ďalej
Pri určovaní polohy možných nepravidelností použili aj dual-probability framework. Metóda spája pravdepodobnosť, že sa PKP precursor v zázname skutočne objavil, s odhadom miesta, odkiaľ rozptýlená vlna pochádzala. Takto získali približne desaťnásobne hustejšie globálne pokrytie než staršie práce a mohli lepšie rozlíšiť, ktoré signály vytvárajú opakujúci sa geografický vzor.
Nové dáta ukázali, že nepravidelnosti môžu tvoriť celé pásy
Staršie výskumy ukazovali najmä jednotlivé oddelené oblasti, kde sa seizmické vlny správali nezvyčajne. Pri podstatne väčšom množstve dát sa však obraz zmenil. Niektoré heterogenity zrejme zasahujú oveľa väčšie územia a vytvárajú súvislé pásy.
Autori ako príklad uvádzajú oblasti pod americkými kontinentmi. Miesta, ktoré v starších dátach pôsobili ako navzájom oddelené, sa pri hustejšom vzorkovaní začali prepájať. To naznačuje, že spodná časť plášťa môže byť štruktúrovanejšia, než ukazovali predchádzajúce, redšie merania.
Mapa však nezobrazuje konkrétne horniny ani presne ohraničené objekty. Zachytáva oblasti, kde seizmické dáta poukazujú na materiál s inými vlastnosťami než má jeho okolie. Tieto rozdiely potom menia spôsob, akým sa seizmická energia šíri a rozptyľuje.
Nové dáta ukázali šesť oblastí, ktoré predchádzajúce štúdie nezachytili
Najzaujímavejší výsledok prišiel z častí planéty, ktoré boli v minulosti seizmickými dátami pokryté slabšie. Vedci tam identifikovali šesť nových zón s vysokou pravdepodobnosťou výrazného seizmického rozptylu, ktoré predchádzajúce práce nezachytili.
Zdroj: vampy1 / depositphotos.com
Neznamená to, že pod Zemou objavili šesť presne ohraničených nových geologických útvarov. Dáta ukazujú oblasti, kde sa pravdepodobne nachádzajú výrazné heterogenity. Autori ich preto označujú za vhodné ciele pre ďalšie merania a detailnejšie zobrazovanie hranice jadra a plášťa.
Nasledujúce výskumy majú kombinovať viac typov seizmických vĺn a presnejšie inverzné modelovanie. To by malo ukázať rozmery jednotlivých oblastí a pomôcť určiť, aký materiál ich tvorí.
Za časťou nepravidelností môžu byť dávne tektonické platne
Výsledky podporujú predstavu, že niektoré z týchto oblastí tvoria termochemické nahromadeniny. Jedným z možných zdrojov sú pozostatky dávnych subdukovaných tektonických platní.
Pri subdukcii sa jedna tektonická platňa zasúva pod druhú a jej materiál postupne klesá hlbšie do plášťa. Časť z neho sa môže dostať až k hranici jadra a plášťa, kde sa môže hromadiť počas veľmi dlhých období. Autori však neukazujú na jediný mechanizmus. Úlohu môže zohrávať aj lokálne čiastočné tavenie a kontakt s veľkými oblasťami plášťa, v ktorých sa seizmické vlny šíria pomalšie. Vedci ich poznajú pod skratkou LLVPs, z anglického large low-velocity provinces.
Nezávislé seizmické dáta zároveň podporili prítomnosť viacerých ULVZ, teda ultra-low velocity zones. V týchto oblastiach sa seizmické vlny spomaľujú ešte výraznejšie. O podobných štruktúrach sme písali aj v súvislosti so zisteniami, podľa ktorých sa pri hranici jadra a plášťa môže nachádzať materiál z dávneho oceánskeho dna.
Jednotlivé ULVZ pritom zrejme nemusia vznikať rovnakým spôsobom. Niektoré môžu súvisieť so zvyškami subdukovaných platní, ďalšie s čiastočne roztaveným materiálom. V ďalších prípadoch môže ísť o kombináciu viacerých procesov.
Nové dáta pomáhajú vysvetliť pohyb materiálu hlboko v Zemi
Výsledky neznamenajú, že vedci teraz dokážu lepšie predpovedať, kedy príde ďalšie silné zemetrasenie. Štúdia je dôležitá najmä pre pochopenie konvekcie plášťa, prenosu tepla z jadra a pohybu materiálu vo vnútri planéty.
Hranica jadra a plášťa patrí medzi kľúčové miesta pre tepelný a chemický vývoj Zeme. Nový katalóg 174 929 PKP precursorov vedcom výrazne rozšíril množstvo dát, s ktorými pri jej skúmaní môžu pracovať. Šesť novo identifikovaných oblastí teraz bude patriť medzi prioritné ciele pre detailnejšie seizmické merania a spoločné analýzy viacerých typov vĺn.
Páčil sa vám článok? Sledujte nás na Facebooku