Sześć tajemniczych struktur ukrytych w głębi Ziemi — i sztuczna inteligencja, która je odkryła

Zamknij na chwilę oczy i wyobraź sobie, że schodzisz coraz głębiej pod powierzchnię Ziemi.

Oceany zostawiasz za sobą. Kontynenty też. Warstwę skał, granitu, wszystko to, co mogłobyś wykopać nawet najlepszymi narzędziami. Schodzisz dalej, dalej, dalej — aż do miejsca, gdzie zewnętrzny jądro Ziemi spotyka się z jej płaszczem. Mowa o głębokości około trzech tysięcy kilometrów pod twoimi stopami.

Człowiek nigdy tam nie dotarł. Najgłębszy odwiert w historii sięgał niecałych 13 kilometrów. Ta granica? Leży prawie trzysta razy głębiej.

A teraz najlepsze: naukowcy właśnie odkryli tam sześć olbrzymich struktur, o których istnieniu nikt wcześniej nie wiedział.

Co dokładnie znaleziono?

Grupa badaczy opublikowała wyniki w Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Opisują w nich sześć nieznanych wcześniej nieprawidłowości położonych dokładnie na granicy jądro-płaszcz — w skrócie CMB z angielskiego core-mantle boundary.

To nie drobne szczegóły. Niektóre z tych struktur mogą być potężnymi „kroplami" — prawdopodobnie fragmentami starożytnych płyt tektonicznych, które zapadły się w głąb Ziemi, częściowo się stopiły i utknęły w tej rozgrzanej do białości strefie granicznej. Inne mogą być obszarami, gdzie chemia płaszcza drastycznie różni się od otaczających go regionów.

Szczera prawda? Nikt jeszcze nie wie, czym dokładnie są. I właśnie to czyni tę odkrycie tak fascynującym.

Jak to możliwe, że wcześniej ich nie zauważono?

Dobre pytanie. I tutaj zaczyna się prawdziwa przygoda.

Naukowcy nie odkryli tych struktur dzięki nowym technologiom wiercenia ani żadnym rewolucyjnym urządzeniom do obserwacji wnętrza Ziemi. Zamiast tego użyli sztucznej inteligencji — i nauczyli ją słuchać trzęsień ziemi.

Kiedy dochodzi do silnego trzęsienia ziemi, wysyła ono fale sejsmiczne, które rozchodzą się przez naszą planetę jak dźwięk przez dzwon. Fale te przechodzą przez różne warstwy, odбиваются od granic i niosą informacje o tym, przez co przepłynęły. Naukowcy słuchają tych sygnałów od ponad stu lat.

Problem polega na tym, że niektóre sygnały są niezwykle słabe — tak delikatne, że giną w tle sejsmicznego szumu naszej aktywnej planety. Wykrywanie ich ręcznie, jedno po drugim, zajęłoby wieczność.

Zespół więc wytrenował algorytm AI i „nakarmił" go ponad dwoma milionami nagrań trzęsień ziemi z lat 1900–2024 — danymi z każdego zakątka globu. Zadanie? Wyłapać specyficzny typ fal zwany prekursorami PKP.

Dlaczego prekursory PKP są takie ważne?

Postaram się to wytłumaczyć bez naukowego żargonu.

Prekursory PKP to coś w rodzaju ech, które docierają tuż przed głównym sygnałem sejsmicznym. Są niezwykle czułe na najdrobniejsze zmiany w materiałach, przez które przechodzą. Kiedy te subtelne fale napotykają nieprawidłowość na granicy jądro-płaszcz — na przykład jedną z tych tajemniczych struktur — ulegają rozproszeniu i odchyleniu.

Wcześniej naukowcy wykrywali większe sygnały, ale nie potrafili wychwycić tych subtelnych prekursorów. Brzmiało to jak próba usłyszenia szeptu w hałaśliwym pokoju. Ale sztuczna inteligencja się nie męczy ani nie przeciąża. Może systematycznie przeskanować miliony nagrań bez najmniejszego problemu.

Wynik? Algorytm zidentyfikował zdumiewające 175 tysięcy sygnałów prekursorów PKP — każdy z nich opowiada historię o tym, co kryje się w głębi pod naszymi stopami.

Gdzie dokładnie znajdują się te struktury?

Na podstawie rozproszonych sygnałów badacze nakreślili sześć głównych obszarów, gdzie te nieprawidłowości występują:

• Pasmo ciągnące się od północno-zachodniego Półwyspu Iberyjskiego przez środkową Europę
• Wyższe szerokości geograficzne północnej Eurazji
• Pacyficzny Pas, rozciągający się od północno-zachodniego Pacyfiku po Alaskę
• Region obejmujący południową Afrykę i Kanał Mozambicki
• Południowo-wschodnią część basenu Oceanu Atlantyckiego
• Wzdłuż szelfu kontynentalnego Antarktydy

Mamy więc do czynienia ze strukturami rozrzuconymi dosłownie po całej planecie. Wyniki sugerują, że granica jądro-płaszcz może być o wiele bardziej złożona i nieregularna, niż sądziliśmy.

Dlaczego powinno cię to obchodzić?

A tutaj robi się naprawdę istotnie — nie tylko dla fanów nauki w stylu moim.

Granica jądro-płaszcz to miejsce, gdzie ogromne ilości ciepła i materiału przepływają między warstwami Ziemi. Te głębokie procesy napędzają tzw. pióropusze płaszcza — kolumny gorącej skały wznoszące się ku powierzchni, które ostatecznie mogą przebić się jako erupcje wulkaniczne.

Pomyśl o Yellowstone z jego słynnymi gejzerami albo o charakterystycznych strumieniach lawy na Hawajach. To powierzchniowe wyrazy tego, co dzieje się tysiące kilometrów niżej. Jeśli lepiej zrozumiemy struktury i procesy zachodzące na CMB, możemy potencjalnie poprawić prognozy aktywności wulkanicznej oraz ruchów tektonicznych wywołujących trzęsienia ziemi i tsunami.

Niektórzy badacze sugerują nawet, że te informacje mogą pomóc w prognozowaniu ekstremalnych zjawisk pogodowych — bo dynamika cieplna ziemskiego jądra ostatecznie wpływa na cały system planetarny.

Rewolucja AI w geologii

To, co uderza mnie najbardziej w tym badaniu, to jego symbolika: sztuczna inteligencja pomaga nam rozumieć własną planetę w sposób, który do tej pory był po prostu niemożliwy.

Według autorów badania „identyfikacja prekursorów PKP od dawna opierała się na ręcznym, indywidualnym przeglądzie każdego zdarzenia". Brzmi to jak stwierdzenie, że naukowcy musieli wpatrywać się w każde pojedyncze nagranie trzęsienia ziemi i mieć nadzieję, że zauważą te subtelne sygnały. Wyczerpująca praca, której człowiek fizycznie nie jest w stanie wykonywać na masową skalę.

Maszynowe uczenie się może. I otwiera drzwi, o których istnieniu nawet nie wiedzieliśmy.

Wciąż uczymy się o własnym domu

Oto myśl, która trochę zapiera dech w piersiach: w 2024 roku wciąż odkrywamy główne elementy planety Ziemia. Zmapowaliśmy dna oceanów z lepszą rozdzielczością niż kiedykolwiek wcześniej, dostrzeżyliśmy galaktyki oddalone o miliardy lat świetlnych i umieściliśmy łaziki na Marsie. Ale jeśli chodzi o zrozumienie tego, co naprawdę kryje się pod naszymi stopami? Zaledwie zarysowaliśmy powierzchnię — dosłownie.

Każda z tych nowo odkrytych struktur to fragment układanki, o którego istnieniu nie mieliśmy pojęcia. A skoro sztuczna inteligencja pomaga nam słuchać uważniej bicia serca Ziemi, kto wie, co jeszcze zaraz odkryjemy?

Jedno jest pewne: nasza planeta jest znacznie bardziej dynamiczna i tajemnicza, niż większość z nas kiedykolwiek się nad tym zastanawia. Gdzieś tam głęboko, gdzie płynne żelazo się burzy, a skała płynie jak miód, sześć nowych tajemnic czeka na zrozumienie.

A ty? Uważasz, że to fascynujące, czy może wolisz myśleć o czymś innym?