Нейросеть нашла у ядра Земли шесть поясов аномального вещества
Граница между мантией и ядром Земли всегда считалась зоной турбулентности, но до недавнего времени ученые видели лишь разрозненные всплески аномалий. Теперь, благодаря алгоритмам машинного обучения, картина радикально изменилась: исследователи обнаружили на глубине около 2900 километров шесть гигантских непрерывных поясов из неоднородного вещества, опоясывающих планету. Это открытие, опубликованное в JGR Solid Earth, заставляет пересмотреть представления о том, как устроен тепломассообмен в недрах и как работает «динамо-машина», генерирующая магнитное поле.
Прямой доступ к этим слоям невозможен: самая глубокая скважина в истории человечества уходит вниз лишь на 12,2 километра, что составляет ничтожную долю пути к центру планеты. Поэтому геофизики используют сейсмические волны от землетрясений. Особый интерес представляют так называемые PKP-предвестники — слабые сигналы, которые возникают, когда волна рассеивается на локальных объектах с иной плотностью у границы ядра и мантии. Эти «эхо» приходят на станции на несколько секунд раньше основной волны и несут информацию о структуре глубоких недр.
Проблема в том, что эти сигналы крайне сложно выделить из шума: их амплитуда ничтожна, а помехи от океанических микросейсм и техногенной активности перекрывают их. Раньше исследователи вручную просматривали сейсмограммы, что было медленно, субъективно и позволяло анализировать лишь небольшие выборки. Авторы нового исследования решили эту задачу радикально, применив глубокую нейросеть. Алгоритм, обученный на тысячах вручную размеченных записей, обработал более двух миллионов сейсмограмм, собранных по всему миру с 1990 по 2024 год. Результат — 174 929 подтвержденных сигналов, что примерно в десять раз превышает все данные, накопленные наукой за предыдущую историю наблюдений.
Когда столь плотный массив данных нанесли на карту, разрозненные точки сложились в закономерную структуру. Вместо изолированных пятен проявились шесть протяженных поясов рассеивающего материала. Они расположены под Северной и Южной Атлантикой, на севере Евразии, юге Африки, в центральной и западной частях Тихого океана, а также опоясывают Антарктиду. Примечательно, что эти зоны пространственно совпадают с ранее известными областями ультранизких скоростей, где сейсмические волны резко замедляются — это подтверждает достоверность выводов, сделанных нейросетью.
Природа этих поясов объясняется комплексом геодинамических процессов. Во-первых, это зоны накопления древних океанических плит, которые в зонах субдукции медленно погружаются на тысячи километров и, достигая границы с ядром, растекаются вдоль нее, образуя холодные полосы. Во-вторых, на такой глубине при давлении свыше 130 гигапаскалей силикаты мантии вступают в химические реакции с железом ядра, создавая сверхплотные железистые соединения. В-третьих, базальтовые породы, занесенные плитами, частично плавятся в зоне интенсивного нагрева, что также резко меняет скорость прохождения волн.
Значение открытия выходит далеко за рамки простой картографии. Граница ядра и мантии — это не пассивная поверхность, а активный термический слой. Неравномерное распределение плотных и холодных поясов экранирует или, наоборот, усиливает тепловой поток из ядра. А именно этот поток управляет конвекцией жидкого железа, которое генерирует магнитное поле Земли, защищающее биосферу от космической радиации. Кроме того, края таких массивных неоднородностей часто становятся источниками мантийных плюмов — восходящих потоков, которые приводят к вулканизму и расколу континентов.
Авторы признают ограничения метода: карты показывают вероятность нахождения аномалий, а не их точные границы, а плотность сейсмических станций в Южном полушарии остается низкой. Тем не менее, новый каталог из 175 тысяч сигналов дает исследователям уникальную эмпирическую базу для уточнения моделей планетарной конвекции. Он наглядно доказывает: вещество земной коры способно совершать полный цикл круговорота через всю мантию, достигая границы жидкого ядра и сохраняясь там в виде упорядоченных структур на протяжении сотен миллионов лет.
По материалам: iXBT
