Це трохи запаморочливо, якщо подумати: ми мчимо через космос на камені, який обертається навколо своєї осі та обертається навколо Сонця. А приблизно на 2900 кілометрів (близько 1800 миль) під вашими ногами тверда, але в'язка мантія Землі переходить у рідке зовнішнє ядро.

Ці шари повільно рухаються, підштовхуючи та деформуючи земну кору, тонкий шар, на якому ми живемо. Це динамічне рух є частиною того, чому наша планета є чудовим місцем для різноманітного життя.

Але це ж рух також є небезпекою, особливо для нас, людей, і наших бетонних міст. Тому розуміння того, як рухаються внутрішні частини Землі, не лише наукова цікавість; це також допомагає нам бути в безпеці від землетрусів та інших природних катастроф.

Однак ці ж землетруси є корисним інструментом для геологів, які використовують дані про внутрішні коливання Землі, щоб картографувати нашу планету набагато глибше, ніж це можуть зробити буріння.

У новому дослідженні, опублікованому в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, дослідники з Китайської академії наук використали програму машинного навчання, щоб проаналізувати понад 2 мільйони записів землетрусів, зібраних за три з половиною десятиліття.

Вони виявили майже 175 000 слабких сейсмічних сигналів, які вказують на несподівані, маломасштабні структури поблизу межі між мантією та ядром Землі.

Дослідники також виявили шість областей, які, ймовірно, містять значні неоднорідності, які ніколи раніше не були задокументовані, що надає чіткі пріоритети для майбутніх досліджень глибокої внутрішньої частини Землі.

Результат - це всебічна глобальна карта цих глибоких структур, яка показує, що деякі з дивних особливостей, виявлених внизу мантії, можуть бути набагато більш поширеними, ніж вважалося раніше.

Дослідження зосередилося на особливому типі сейсмічних хвиль, званих PKP-прекурсорами. Це слабкі хвилі, які приходять незадовго до набагато сильніших сейсмічних хвиль (PKIKP).

Коли відбувається землетрус, обидві хвилі проходять через Землю. Якщо деякі з цих хвиль зустрічають невеликі варіації в матеріалі поблизу межі ядра-мантії, вони можуть розсіятися і пройти трохи іншим шляхом.

Розсіяні PKP-хвилі, які проходять через зовнішнє рідке ядро, але не через тверде внутрішнє ядро, можуть потім прийти раніше основного сигналу PKIKP.

Аналізуючи часи хвиль, ці PKP-прекурсори можуть "показати" незвичайні структури глибоко всередині планети.

Однак ці хвилі слабкі, і їх виявлення в мільйонах записів землетрусів є величезним завданням.

Схема, що показує, як різні сейсмічні хвилі проходять через Землю, від джерела землетрусу до сейсмічної станції на поверхні.

Традиційно дослідники повинні були вручну перевіряти сейсмічні записи, шукаючи ці PKP-підказки, що є повільною і трудомісткою роботою. І дослідники можуть не завжди погоджуватися, чи є сигнал справжнім прекурсором.

Тому дослідники навчали систему глибокого навчання для початкового відбору, що дозволило їм проаналізувати мільйони сейсмічних форм хвиль з майже 5000 землетрусів між 1990 і 2024 роками.

Алгоритм спочатку сортував записи за якістю, а потім визначав, чи містять вони PKP-прекурсори.

Важливо, що дослідники вручну перевіряли та виправляли помилки моделі ШІ, а потім знову вводили виправлені приклади в алгоритм під час процесу навчання.

Землетруси з виявленими PKP-прекурсорами, які подорожували від джерела до детекторів сейсмічної мережі.

В результаті система виявила 174 929 високоякісних сигналів PKP-прекурсорів - більше ніж у десять разів більше, ніж усі попередні дослідження разом узяті.

Це величезне збільшення спостережень важливе, оскільки ранні карти дна мантії, як правило, показували відносно ізольовані, випадкові структури. З розширеним набором даних дослідники змогли побачити, що деякі з цих ділянок насправді з'єднуються в набагато більші, безперервні пояси.

Ці структури можуть мати деякі дивовижно давні походження.

Дослідники припускають, що деякі з структур можуть бути пов'язані з матеріалом, який був затягнутий глибоко в Землю внаслідок субдукції.

Шість нових зон, виявлених у цьому аналізі, ймовірно, містять

Згідно з дослідженням 2023 року, в глибокій мантії є різноманітні матеріали, такі як континентальна кора, осадові породи, океанічна кора та первісні матеріали мантії.

Можливо, навіть залишки об'єкта, який, як вважається, створив Місяць, коли він зіткнувся з Землею.

Під величезним тиском і температурами на межі ядра-мантії цей матеріал може хімічно диференціюватися, зазнавати мінеральних перетворень або частково плавитися, створюючи кишені або структури з дуже різними фізичними властивостями від навколишньої мантії.

Обережно інтерпретуючи свої висновки, дослідники роблять висновок, що маломасштабні структури, які вони виявили, можуть бути "термохімічними купами", сформованими внаслідок поєднання залишків субдукованих плит, локалізованого часткового плавлення, мінеральних переходів та взаємодій з відомими "гігантськими бульбашками".

Цікавий факт

Дослідження показало, що нові структури можуть впливати на те, як мантія рухається і як гаряча магма підходить під вулкан або вздовж глибоководного хребта, що може визначити, чи відбудеться виверження.