Tam končí pevný zemský plášť a začíná kapalné vnější jádro bohaté na železo. Přímo se tam nejspíš ještě velmi dlouho nepodíváme. Místo vrtaček proto používáme zemětřesení. Každý silný otřes vyšle skrz planetu vlny a Země se na okamžik promění v gigantický tomografický přístroj.
Nový systém strojového učení prošel více než dvěma miliony seismických záznamů z let 1990 až 2024 a vytáhl z nich téměř 175 tisíc velmi slabých signálů, které byly dříve natolik pracné na hledání, že globální mapování postupovalo pomalu.
Výsledkem je dosud nejhustší pohled na jednu z nejpodivnějších vrstev naší planety – a šest oblastí, kde se podzemí chová způsobem, který předchozí mapy nezachytily.
Země pod nohama není složená z pěkně oddělených slupek
Školní obrázky Země vypadají elegantně. Kůra, plášť, vnější jádro, vnitřní jádro. Ve skutečnosti je rozhraní jednotlivých vrstev podstatně chaotičtější.
Hluboko při spodní hranici pláště se nacházejí oblasti s neobvyklou teplotou, hustotou a chemickým složením. Seismické vlny jimi proto neprocházejí všude stejnou rychlostí. Některé z nejextrémnějších útvarů označují geofyzikové jako ULVZ – ultra-low velocity zones, oblasti s mimořádně nízkou rychlostí seismických vln.
Mohou mít vztah k velmi horkému materiálu, částečnému tavení, chemicky odlišným horninám nebo ke zbytkům oceánské kůry, která se během stovek milionů let dostala prostřednictvím subdukce až téměř k jádru. Jenže jejich mapování připomíná pokus určit tvar předmětu za zdí podle ozvěny.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zemětřesení pošle část vlny skrz samotné jádro
V nové práci vědci využívali zvláštní skupinu seismických signálů označovaných jako PKP precursors. PKP vlny jsou tlakové seismické vlny, jejichž dráha vede pláštěm, poté vnějším jádrem a následně opět pláštěm směrem k měřicí stanici. Než dorazí hlavní PKP signál, může se někdy objevit slabší předchůdce.
Ten vzniká rozptylem části energie na drobných strukturách hluboko v Zemi. Právě tyto slabé předzvěsti mohou nést informace o něčem, co leží těsně nad hranicí jádra. A problém je obsažen už ve slově „slabé“. V seismogramu se snadno ztratí mezi dalšími signály a šumem.
Člověk je dokázal hledat. Jen strašně pomalu
Tradičně bylo potřeba záznamy procházet a vhodné signály určovat ručně nebo poloautomaticky. Pro detailní lokální výzkum to lze zvládnout. Při globálním souboru milionů záznamů se ale z práce stává prakticky nekonečná činnost.
Tým proto zkombinoval deep learning s opakovanou manuální kontrolou a nechal systém projít přes dva miliony waveformů vytvořených zemětřeseními o magnitudě alespoň 6,0 mezi lety 1990 a 2024.
Algoritmus identifikoval 174 929 PKP precursorů. To je zhruba desetkrát více, než obsahovaly předchozí globální datasety dohromady. A najednou se změnila nejen rychlost práce. Změnila se hustota mapy.
Z jednotlivých teček začaly vznikat pásy
Pokud je signálů málo, hluboké nitro Země vypadá jako soubor izolovaných skvrn: zde je zajímavá anomálie, o tisíce kilometrů dál další. Nový dataset ukazuje, že některé oblasti možného rozptylu mohou ve skutečnosti tvořit mnohem rozsáhlejší souvislé pásy.
Výzkumníci vytvořili systém kombinující pravděpodobnost výskytu precursoru s pravděpodobnou polohou struktury, která jej rozptýlila. Nejde tedy o barevnou fotografii spodní části pláště, ale o statistickou mapu míst, kde data opakovaně ukazují na neobvyklé prostředí.
Když tým rozšířil analýzu také do částí planety, které byly dříve pokryty slabě, objevilo se šest oblastí s vysokou pravděpodobností výrazných heterogenit, které předchozí práce nezdokumentovaly.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
AI žádný tajný kontinent pod Zemí neobjevila
Právě tady je potřeba ubrat na nejlákavější interpretaci. Algoritmus nezahlédl šest podzemních kontinentů. Neřekl ani, z čeho přesně nově nalezené struktury jsou. Dostal enormní množství seismických záznamů a naučil se mnohem efektivněji nacházet slabý druh signálu, který geofyzikové už znali.
Objev spočívá především v množství a prostorovém pokrytí dat. Teprve z nich lze odvozovat, kde se nacházejí oblasti, na nichž se seismické vlny výrazně rozptylují. A jejich skutečnou fyzickou povahu musí určit další výzkum.
Mohou tam ležet pozůstatky dávno zmizelého povrchu
Jedna z nejpozoruhodnějších možností souvisí s deskovou tektonikou. Oceánská deska se na povrchu může podsouvat pod jinou litosférickou desku a klesat do pláště. Část takového materiálu může postupně sestoupit neuvěřitelně hluboko.
Některé geofyzikální modely proto uvažují o tom, že struktury poblíž hranice jádra a pláště mohou obsahovat pozůstatky subdukovaných oceánských desek. V jistém smyslu by hluboká Země mohla uchovávat geologický hřbitov povrchů, které dávno přestaly existovat.
Nová studie sama upozorňuje, že pozorované heterogenity pravděpodobně vznikají kombinací více procesů: nahromaděním subdukovaného materiálu, lokálním tavením i interakcí s obrovskými oblastmi pomalých seismických rychlostí známými jako LLVP.
Některé útvary mohou být naopak částečně roztavené
Teplota směrem k jádru prudce roste a spodní část pláště se nachází v extrémních tlakových podmínkách. Lokální chemické rozdíly mohou snížit teplotu tání horniny natolik, že se v některých oblastech objeví částečně roztavený materiál. Ten by seismické vlny zpomaloval a rozptyloval jiným způsobem než okolní pevnější plášť.
Další možností jsou chemicky velmi odlišné materiály, které se při dlouhodobé konvekci soustředily u dna pláště. Stejná seismická stopa tak nemusí mít všude stejný původ. Proto vědci nové oblasti označují především jako cíle pro podrobnější studium, nikoli jako šest již identifikovaných objektů.
Největší část Země známe jen z nepřímých stop
Na povrchu dokážeme pomocí satelitů mapovat kontinenty s centimetrovou přesností. Na Mars posíláme vozítka. Z Měsíce máme horniny. Ale několik tisíc kilometrů pod vlastníma nohama jsme odkázáni na vlny, gravitaci, magnetické pole, laboratorní experimenty a fyzikální modely. To vytváří zvláštní paradox.
O některých vzdálených světech máme přímější obraz než o velké části planety, na které stojíme.
Zemětřesení jsou přitom jediným způsobem, jak nechat samotnou Zemi vysílat sondy skrz své nitro. Každá velká seismická událost vytvoří novou síť drah, po nichž můžeme číst rozdíly v materiálu hluboko pod povrchem.
Umělá inteligence tentokrát nepřinesla nový druh fyziky. Umožnila z obrovského archivu těchto ozvěn vytáhnout to, čeho si člověk dosud v dostatečném množství nevšiml. A právě díky tomu se na mapě nejvzdálenější části vlastní planety objevilo šest nových míst, na která se teď geofyzikové budou chtít podívat podstatně pozorněji.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Journal of Geophysical Research: Solid Earth – Global Distribution of PKP Precursors Derived From Three Decades of Seismic Data With Deep Learning [2], Science Advances – Globally distributed subducted materials along the Earth's core–mantle boundary [3]
