Stel je voor: diep in de aarde verstoppen zich structuren die we nog nooit eerder hebben gezien

Sluit je ogen en probeer het je voor te stellen.

Ongeveer drieduizend kilometer onder je voeten — voorbij de oceanen, voorbij de continenten, voorbij gesteente dat je zou moeten doorspitten als je een onmogelijk sterke schep had — daar ligt een grensgebied. De plek waar de buitenste kern van de aarde de mantel ontmoet. We hebben het over een regio zo diep en ontoegankelijk dat geen enkele mens er ooit ook maar in de buurt is geweest. Het diepste gat dat we ooit hebben geboord? Zo'n twaalf kilometer in de aardkorst. Die grens? Die ligt bijna driehonderd keer zo diep.

En het krankzinnige? Onderzoekers hebben er net zes enorme structuren gevonden waar niemand iets vanaf wist.

Wat hebben ze ontdekt?

Een team wetenschappers publiceerde onlangs resultaten in het Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Ze beschreven zes onbekende onregelmatigheden op de grens tussen kern en mantel — door vakmensen ook wel de CMB genoemd.

Het gaat niet om kleine dingetjes. Sommige zijn waarschijnlijk kolossale brokken — mogelijk restanten van oude tektonische platen die ooit diep zijn weggezakt, deels zijn gesmolten en zijn blijven steken in die brandend hete overgangszone. Andere könn hele gebieden zijn waar de chemische samenstelling van de mantel sterk afwijkt van de omgeving. Niemand weet het zeker, en dat maakt het juist zo fascinerend.

Waarom zagen we ze over het hoofd?

Goede vraag. Hier wordt het verhaal pas echt boeiend.

De onderzoekers ontdekten deze structuren niet door te boren (vanzelfsprekend) of door nieuwe technologie te verzinnen waarmee we naar binnen kunnen kijken. In plaats daarvan kozen ze een slimme aanpak: ze gebruikten kunstmatige intelligentie om beter te luisteren naar aardbevingen.

Wanneer een grote aardbeving ergens op aarde plaatsvindt, veroorzaakt dat seismische golven die door onze planeet razen als geluid door een klok. Die golven reizen door verschillende lagen, kaatsen tegen grenzen aan en dragen informatie met zich mee over wat ze zijn gepasseerd. Wetenschappers luisteren al meer dan een eeuw naar die signalen.

Het lastige? Sommige signalen zijn ongelooflijk zwak — zo zacht dat ze volledig opgaan in de achtergrondruis van onze seismisch actieve planeet. Ze een voor een handmatig opsporen? Daar zou je eeuwen mee bezig zijn.

Dus trainden de onderzoekers een AI-algoritme om het zware werk te doen. Ze voerden het systeem met meer dan twee miljoen aardbevingsopnames van 1900 tot 2024 — data van over de hele wereld — en leerden het om een specifiek type golf te herkennen: zogenaamde PKP-voorlopers.

Waarom PKP-voorlopers belangrijk zijn

Laat me dat even uitleggen in gewone mensentaal.

PKP-voorlopers zijn een soort echo's die net iets eerder aankomen dan het hoofdseismische signaal. Ze zijn uiterst gevoelig voor minieme veranderingen in de materialen waar ze doorheen reizen. Wanneer deze vage signalen een onregelmatigheid tegenkomen op de kern-mantelgrens — zoals een van die mysterieuze structuren waarvan we het bestaan niet kenden — verstrooien ze of worden ze afgebogen.

Eerder wisten wetenschappers de grotere signalen wel te detecteren, maar hadden ze moeite om deze subtiele voorlopers op te pikken. Het was alsof je een fluistering probeerde te horen in een lawaaierige kamer. Maar AI wordt niet moe en raakt niet overweldigd. Het kan systematisch miljoenen opnames doorzoeken zonder ook maar iets te missen.

Het resultaat? Het algoritme vond maar liefst 175.000 PKP-voorloper signalen — elk met zijn eigen verhaal over wat er diep onder ons ligt.

Waar zitten deze structuren?

Op basis van de verstrooide signalen brachten de onderzoekers zes hoofdzones in kaart waar deze onregelmatigheden voorkomen:

• Een strook van het noordwestelijke Iberisch Schiereiland door Centraal-Europa
• Hoge breedtegraden van Noord-Eurazië
• De Trans-Pacificgordel, reikend van de Noordwest-Pacific tot Alaska
• Een gebied dat Zuid-Afrika en de Mosambiekstraat omspant
• Het zuidoostelijke bekken van de Zuid-Atlantische Oceaan
• Langs de Antarctische continentale shelf

Kortom: verspreid over de hele wereld. De bevindingen wijzen erop dat de kern-mantelgrens veel complexer en onregelmatiger kan zijn dan we ooit hebben gedacht.

Waarom zou jou dat iets kunnen schelen?

Hier wordt het echt belangrijk voor het dagelijks leven — niet alleen voor sciencefreaks zoals ik.

De kern-mantelgrens is waar enorme hoeveelheden warmte en materiaal worden uitgewisseld tussen de lagen van de aarde. Deze diepe processen sturen mantelpluimen aan — zuilen van heet gesteente die naar het oppervlak stijgen en uiteindelijk kunnen uitbarsten als vulkaanuitbarstingen.

Denk aan plekken als Yellowstone met zijn beroemde geisers, of de iconische lavastromen van Hawaï. Dat zijn oppervlakte-uitingen van wat er duizenden kilometers dieper gebeurt. Als we de structuren en processen aan de CMB beter begrijpen, kunnen we mogelijk vulkanische activiteit en tektonische bewegingen — die aardbevingen en tsunami's veroorzaken — beter voorspellen.

Sommige onderzoekers suggereren zelfs dat deze kennis kan helpen bij het voorspellen van extreme weerspatronen, aangezien de warmtedynamica in de aardkern uiteindelijk het hele planetaire systeem beïnvloedt.

De AI-revolutie in de geologie

Wat mij het meest raakt aan dit onderzoek is wat het vertegenwoordigt: AI die ons helpt om onze eigen planeet te begrijpen op manieren die eerder simpelweg niet mogelijk waren.

Volgens de onderzoekers " heeft de identificatie van PKP-voorlopers altijd afhankelijk is geweest van handmatig, individueel screenen telkens wanneer ze optreden." Dat betekent zoveel als: wetenschappers moesten naar elke afzonderlijke aardbevingsopname turen en hopen dat ze deze vage signalen oppikten. Uitputtend werk, en mensen kunnen het gewoon niet op grote schaal doen.

Maar machine learning kan dat wel. En daarmee worden deuren geopend waarvan we het bestaan niet eens kenden.

We zijn nog steeds aan het ontdekken waar we wonen

Hier is een gedachte die mij altijd weer verrast: in 2024 ontdekken we nog steeds belangrijke eigenschappen van planeet aarde. We hebben de oceanische bodems in kaart gebracht met betere resolutie dan ooit tevoren, sterrenstelsels ontdekt die miljarden lichtjaren ver weg liggen en rovers laten landen op Mars. Maar als het gaat om begrijpen wat er werkelijk onder onze voeten zit? We hebben letterlijk nog maar net aan het oppervlak gekrabd.

Elk van deze nieuw ontdekte structuren is een puzzelstukje dat we niet wisten dat ontbrak. En met AI dat ons helpt beter te luisteren naar de hartslag van de aarde, wie weet wat we binnenkort nog meer tegenkomen?

Eén ding is zeker: onze planeet is veel dynamischer en mysterieuzer dan de meesten van ons ooit stil staan bij. Diep daar beneden, waar vloeibaar ijzer kolkt en gesteente stroomt als honing, wachten zes nieuwe mysteries om ontrafeld te worden.

Ik weet niet hoe het met jou zit, maar ik vind dat behoorlijk indrukwekkend.