От самата мисъл на човек може да му се завие свят: носим се през Космоса върху огромно скално кълбо, което едновременно се върти около оста си и обикаля около Слънцето.

На около 2900 километра под краката ни твърдата, но пластична земна мантия отстъпва място на течното външно ядро на планетата.

Под въздействието на топлината тези слоеве бавно се разместват. Движението им измества, притиска и деформира земната кора – тънката обвивка, върху която живеем.

Колкото и невероятно да звучи, тази непрестанна динамика е една от причините нашата планета да предлага подходящи условия за съществуването на толкова разнообразни форми на живот.

Но тя крие и опасности – особено за хората и изградените от нас градове. Затова разбирането на процесите в земните недра не е просто въпрос на научно любопитство. То може да ни помогне да бъдем по-добре подготвени за земетресения и други природни бедствия.

Същевременно самите земетресения са безценен източник на информация за геолозите. Чрез породените от тях сеизмични вълни учените могат да картографират вътрешността на Земята на дълбочини, до които нито една сонда не би могла да достигне.

Близо 175 000 слаби сигнала разкриват непознати структури

В рамките на ново изследване, публикувано в Journal of Geophysical Research: Solid Earth, учени от Китайската академия на науките използват програма за машинно обучение, за да прегледат над 2 милиона записа на земетресения, събрани в продължение на три десетилетия и половина.

Те откриват близо 175 000 слаби сеизмични сигнала, които издават наличието на неочаквани структури с относително малки размери в близост до границата между земната мантия и ядрото.

„Открихме и шест области, в които вероятно има значителни нееднородности, недокументирани досега. Това ги превръща в ясни приоритетни цели за бъдещото проучване на дълбоката вътрешност на Земята“, пишат учените.

Въз основа на резултатите е съставена подробна глобална карта на тези дълбочинни структури. Тя показва, че някои от загадъчните образувания в най-долната част на мантията може да се простират на много по-големи територии, отколкото се смяташе досега.

Как сеизмичните вълни разкриват земните недра

Изследването е съсредоточено върху особен вид сеизмични сигнали, известни като предварителни PKP вълни. Това са слаби вълни, които достигат до измервателните уреди малко преди значително по-мощните PKIKP вълни.

Когато възникне земетресение, различни видове вълни преминават през вътрешността на планетата. Ако част от тях срещнат малки промени в състава или структурата на материала около границата между ядрото и мантията, те могат да се разсеят и да поемат по малко по-различни пътища.

Разсеяните PKP вълни преминават през течното външно ядро, но не и през твърдото вътрешно ядро. Затова те могат да достигнат до детекторите преди основния PKIKP сигнал.

Като анализират времето на пристигането им, учените могат да използват предварителните PKP сигнали, за да откриват необичайни структури дълбоко в планетата.

Проблемът е, че тези вълни са изключително слаби, а откриването им сред милиони записи от земетресения е огромно предизвикателство.

Схема, показваща как различните сеизмични вълни преминават през Земята – от източника на земетресението, отбелязан със звезда, до сеизмичната станция на повърхността, обозначена с триъгълник. Вълните се отклоняват в близост до границата между ядрото и мантията (CMB). Предварителните PKP вълни преминават през течното външно ядро, но не и през твърдото вътрешно ядро, и достигат до детекторите преди PKIKP вълните. (Guan et al., J. Geophys. Res. Solid Earth, 2026)

Дълбоко обучение пресява милиони записи

Досега изследователите е трябвало да преглеждат сеизмичните записи ръчно, за да открият тези PKP сигнали – бавна и изключително трудоемка работа. Освен това учените невинаги са били единодушни дали даден сигнал действително принадлежи към търсения тип.

Затова екипът обучава система за дълбоко обучение, която да извършва първоначалното пресяване. Благодарение на нея става възможно да бъдат анализирани милиони сеизмични вълнови форми от близо 5000 земетресения, регистрирани между 1990 и 2024 г.

Алгоритъмът първо подрежда записите според качеството им, а след това определя дали съдържат предварителни PKP сигнали.

Важно е, че изследователите проверяват резултатите ръчно. Те откриват и поправят грешките на модела с изкуствен интелект, след което включват коригираните примери в по-нататъшното му обучение.

Земетресенията, при които са установени предварителни PKP сигнали, са отбелязани с розови звезди, а сеизмичните станции, регистрирали вълните – със сини триъгълници. (Guan et al., J. Geophys. Res. Solid Earth, 2026)

В крайна сметка системата идентифицира 174 929 висококачествени предварителни PKP сигнала – над десет пъти повече от общия брой, открит във всички предишни изследвания, взети заедно.

Изолираните петна се оказват части от огромни пояси

Това рязко увеличаване на броя на наблюденията е важно, защото върху предишните карти на най-дълбоката част на мантията необичайните структури изглеждат като относително изолирани и привидно произволно разположени петна.

Разширеният набор от данни обаче позволява на учените да установят, че някои от тези петна всъщност са свързани и образуват много по-големи непрекъснати пояси.

Възможно е тези структури да имат изненадващо древен произход.

Според изследователите част от тях може да са свързани с материал, отнесен дълбоко в Земята при субдукция – процес, при който една тектонична плоча потъва под друга и навлиза в мантията.

Шестте нови зони, обозначени като B1–B6, вероятно съдържат дълбоко разположени структури, които разсейват сеизмичните вълни и влияят върху начина, по който те преминават през Земята. (Guan et al., J. Geophys. Res. Solid Earth, 2026)

Според изследване от 2023 г. в дълбоката мантия се срещат разнообразни материали – „например континентална кора, седименти, океанска кора и първичен материал от мантията“.

Там може дори да се намират останки от небесното тяло, за което се предполага, че се е сблъскало със Земята и е довело до образуването на Луната.

Под огромното налягане и изключително високите температури на границата между ядрото и мантията този материал може да се раздели на различни химични компоненти, да претърпи минерални преобразувания или частично да се разтопи. Така се образуват участъци със свойства, които се различават значително от тези на околната мантия.

Струпвания от древен материал

Учените подхождат предпазливо към тълкуването на резултатите. Според тях откритите малки структури може да представляват „термохимични натрупвания“, оформени от съчетанието на няколко процеса: останки от плочи, потънали при многократни епизоди на субдукция, локално частично топене, минерални преобразувания и взаимодействия с известните гигантски образувания, наречени големи провинции с ниска скорост на срязващите вълни (LLSVP).

Тези структури могат да влияят върху движението на мантията и върху температурата на магмата под вулканите или по протежение на срединноокеанските хребети, тъй като различните скали се топят при различни температури. Това от своя страна може да определи дали ще настъпи изригване и колко мощно ще бъде то – информация с пряко значение за хората.

Те могат да ни помогнат да разберем по-добре и редица големи научни загадки – например как са се образували тектоничните плочи и какво причинява някои неравномерности в магнитното поле на Земята.

Шест приоритетни области за бъдещи изследвания

Новата карта откроява шест региона, които досега са били слабо обхванати от изследванията на предварителните PKP сигнали, но вече изглеждат като особено перспективни цели за по-задълбочен анализ. Сред тях са области под северните части на Евразия, Централна Азия и Южния Атлантик.

Според учените тези региони трябва да се превърнат в приоритет за бъдещи изследвания с по-висока разделителна способност, при които да се използват няколко различни вида сеизмични вълни.

„С разширяването на каталога неговият богат набор от данни с висока пространствена и времева разделителна способност ще допринесе за усъвършенстването на подробните модели на най-долната част на мантията. Същевременно той ще предоставя все повече информация, която да задълбочи разбирането ни за геодинамичното състояние на земните недра“, заключава екипът.

Изследването е публикувано в научното списание Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

Източник: Science Alert; превод и редакция: Владимир Тодоров