Utroba Zemlje krije ogromne dosad neidentifikovane strukture, kažu naučnici

Naučnici su pročešljali podatke o zemljotresima u periodu od skoro trideset godina, da bi ispitali ogromne i misteriozne objekte u blizini Zemljinog jezgra.
19 Jun 2020, 2:55pm
​Mist on the Marquesas Islands. Image: Tom Patterson
IZMAGLICA NA OSTRVU MARKESAS. FOTOGRAFIJA: TOM PATTERSON

Naučnici su otkrili ogromnu strukturu napravljenu od gustog materijala, koja zauzima granicu između Zemljinog tečnog jezgra i donjeg plašta, zone koja se nalazi nekih 3000 kilometara pod našim nogama.

Istraživači su upotrebili mašinski pametni algoritam koji je prvobitno razvijen za analiziranje udaljenih galaksija, da bi ispitali misteriozni fenomen koji se dešava duboko unutar naše planete, prema radu objavljenom u četvrtak u časopisu Science.

Jedna od ovih ogromnih anomalija, locirana duboko ispod ostrva Markesas, nikada ranije nije primećena, dok je ustanovljeno da je jedna druga struktura ispod Havaja mnogo veća nego što je ranije procenjeno.

Naučnici predvođeni Dojeonom Kimom, seizmologom i postdoktorantom na Univerzitetu Merilenda, unosili su seizmograme stotina zemljotresa koji su se dogodili između 1998. i 2018. u agoritam pod nazivom Sekvencer. Iako se seizmološke studije obično fokusiraju na relativno male grupe podataka regionalnih aktivnosti potresa, Sekvencer je omogućio Kimu i njegovim kolegama da analiziraju 7000 izmerenih zemljotresa – od kojih je svaki bio jačine od barem 6,5 – koji su protresli podzemni svet ispod Tihog okeana u poslednje tri decenije.

„Ova studija je veoma posebna, jer po prvi put imamo priliku da sistematski proučimo veliku bazu podataka koja zaista pokriva manje-više ceo pacifički basen“, kaže Kim preko telefona. Iako su naučnici ranije mapirali strukture duboko unutar Zemlje, ova studija predstavlja retku priliku da se „sve objedini i da pokušamo to da objasnimo u globalnom kontekstu“, primećuje on.

Zemljotresi stvaraju seizmičke talase koji putuju kroz Zemljinu unutrašnjost, gde ih remete i razbijaju strukture koje se nalaze duboko unutar naše planete. Ove izvrnute obrasce hvataju seizmogrami, koji su beleške talasne aktivnosti unutar Zemlje, što omogućuje seizmolozima da imaju redak uvid u nepristupačni podzemni svet Zemlje.

Tim se fokusirao na seizmograme koje proizvode smičući (sekundarni – S) talasi, koji putuju duž granice između Zemljinog jezgra i nižeg dela plašta koja ih razdvaja. Ovi talasi su sporiji sekundarni talasi koji uslede posle inicijalnih potresa koje izaziva zemljotres, koji se zovu primarni (P) talasi, i koji generalno proizvode jasniji signal.

„Normalno volimo da koristimo S talase, zato što im je amplituda veća, i podaci su manje-više jasni, zato što ima manje prometa P talasa“, kaže Kim. Tim se posebno fokusirao na smičuće talase duž granice plašta i jezgra. „Zbog toga što skreću duž te površine, to je sjajna faza sa proučavanje sićušnih struktura iznad granice jezgra i plašta“, primećuje Kim.

Kada smičući talasi udare u ove strukture, prave potpis sličan ehu, poznat kao „post kursor“ (na Kimovom sajtu se mogu naći korisni opisi ovog procesa). Ovi ehoi ukazuju na prisustvu anomalija duboko u Zemlji, pod nazivom Zone ultra male brzine (ZUMB), koje su gusti komadi na granici jezgra i plašta.

Niko ne zna kako ZUMB-ovi tačno nastaju ili kakvog su sastava, ali jasno je da im je prečnik oko sto kilometara, i da su dovoljno gusti da uspore talase koji prolaze kroz njih.

Propuštanjem hiljada seizmograma kroz Sekvencer, Kim i njegove kolege su otkrili da najsnažniji post kursorski signali u njihovoj bazi podataka potiču ispod Havaja i ostrva Markesas. Ovo je intrigantan dokaz postojanja dva „mega ZUMB-a“, zona koje se prostiru na oko 1000 kilometara, ili više.

Iako je havajska struktura delimično mapirana tokom ranijih studija, Kimov tim je otkrio da su joj dimenzije mnogo veće od očekivanih. U međuvremenu, mega-ZUMB otkriven ispod ostrva Markesas predstavlja „ranije neidentifikovanu lokalizovanu anomaliju talas-brzina“, prema studiji.

Mega ZUMB-ovi su intrigantne strukture, ne samo zbog svoje veličine, već zato što su možda sastavljene od egzotičnih materijala koji datiraju iz vremena pre nego što je Zemlja imala Mesec. Ovi ogromni anomalijski komadi bi mogli da budu delimično istopljen materijal koji je stariji od postanka Meseca, za koji naučnici misle da je nastao nakon džinovskog sudara rane Zemlje i objekta veličine Marsa, pre više od četiri milijarde godina.

„Ovo je veoma zanimljivo, zbog toga što možda ukazuje na to da su ZUMB-ovi posebni i možda sadrže primitivne geohemijske potpise koji su relativno neizmešani još od rane Zemljine istorije“, kaže Kim.

Ova nova studija demonstrira primenu algoritama kao što je Sekvencer, koji koristi poseban vid procesa koji se naziva nenadgledano učenje, u obradi kompleksnih baza podataka, kakve se mogu naći u astronomiji, seizmologiji, i bezbrojnim drugim poljima nauke. Za razliku od nadgledanih algoritama koji uče, koji su obučeni da sortiraju informacije na osnovu poznatih oznaka, nenadgledani algoritmi su dizajnirani da nađu smisao u neobeleženim bazama podataka.

„Šta ako zapravo ne znamo šta da tražimo u određenoj bazi podataka?“, objašnjava Kim. „Ovo je tipično pitanje o kome volimo da razmišljamo, zato što donji plašt, tema našeg proučavanja, i dalje ima toliko mnogo nepoznatih. Ne bi nas iznenadilo da u donjem plaštu nađemo bilo šta, jer ne možemo da uđemo i pogledamo ga sopstvenim očima“.

„Kada koristite sekvencer, ono što on zapravo radi jeste da pronalazi dodatne informacije skrivene u podacima“, nastavlja on. „Dakle, ono što smo ovde uradili je to da smo pronašli optimalan redosled u samim podacima. Mi zapravo ne menjamo bazu podataka; mi samo rearanžiramo i tražimo optimalan redosled.To je ono što sekvencer radi“.

Tim planira da nastavi da razvija ovaj novi način posmatranja unutrašnjosti Zemlje, proučavajući talase više frekvencije koji bi mogli da otkriju sitnije detalje o enigmatičnim strukturama na granici jezgra i plašta. Istraživači se takođe nadaju da će proširiti bazu podataka na seizmograme iz Atlanskog okeana.

„Nadamo se da će nam Sekvencer u suštini omogućiti da iskoristimo sve te različite komplete podataka i od njih napravimo celinu, da bi sistematski tražili ove strukture u donjem plaštu“, zaključuje Kim. „To je naša vizija za budućnost, da generalno nađemo odgovore na više pitanja o donjem plaštu“.

Ovaj članak je prvobitno objavljen na VICE US.