هوش مصنوعی ساختارهای ناشناخته مرموز را در دل زمین شناسایی کرد

زیر پای ما جهانی پنهان وجود دارد که هنوز بخش‌های زیادی از آن برای دانشمندان ناشناخته است. زمین فقط یک توپ سنگی ثابت نیست؛ درون آن لایه‌های عظیمی از مواد داغ در حرکت هستند و همین حرکت‌ها در طول میلیون‌ها سال باعث شکل‌گیری قاره‌ها، زمین‌لرزه‌ها و فعالیت‌های آتشفشانی شده‌اند.

اکنون پژوهشگران با بررسی میلیون‌ها داده‌ی مربوط به زمین‌لرزه‌ها، شواهدی از ۶ ساختار ناشناخته در اعماق زمین پیدا کرده‌اند که پیش از این در نقشه‌های زمین‌شناسی دیده نشده بودند. این کشف به دانشمندان کمک می‌کند تصویر دقیق‌تری از بخش‌هایی از زمین داشته باشند که دسترسی مستقیم به آن‌ها تقریباً غیرممکن است.

انسان فقط می‌تواند چند کیلومتر در پوسته‌ی زمین حفاری کند، در حالی که فاصله‌ی سطح زمین تا مرکز آن حدود ۶۳۷۱ کیلومتر است. به همین دلیل، دانشمندان برای بررسی اعماق زمین از امواجی استفاده می‌کنند که هنگام وقوع زمین‌لرزه درون سیاره حرکت می‌کنند.

امواج لرزه‌ای هنگام عبور از لایه‌های مختلف زمین تغییر می‌کنند. اگر در مسیر آن‌ها ماده‌ای متفاوت یا ساختاری غیرعادی وجود داشته باشد، سرعت و مسیر حرکتشان تغییر می‌کند. دانشمندان با بررسی همین تغییرات می‌توانند درباره‌ی بخش‌های پنهان زمین اطلاعات به دست آورند.

در پژوهش جدید، گروهی از دانشمندان آکادمی علوم چین از هوش مصنوعی برای بررسی بیش از دو میلیون داده‌ی زمین‌لرزه استفاده کردند که مربوط به حدود ۳۵ سال گذشته بودند.

به گزارش ساینس‌آلرت، نتیجه‌ی بررسی، شناسایی نزدیک به ۱۷۵هزار سیگنال لرزه‌ای ضعیف بود که نشانه‌هایی از ساختارهای کوچک و ناشناخته در نزدیکی مرز میان گوشته و هسته‌ی زمین داشتند. در میان این داده‌ها، ۶ منطقه پیدا شد که احتمالاً دارای تفاوت‌های مهمی در جنس یا ساختار مواد هستند.

پژوهشگران در این مطالعه روی نوع خاصی از امواج لرزه‌ای به نام پیش‌رس‌های PKP تمرکز کردند. این امواج بسیار ضعیف هستند و معمولاً کمی زودتر از امواج اصلی زمین‌لرزه به دستگاه‌های اندازه‌گیری می‌رسند. وقتی این امواج در نزدیکی مرز گوشته و هسته با مواد متفاوت برخورد می‌کنند، مسیرشان تغییر می‌کند و همین تغییر می‌تواند نشانه‌ای از وجود ساختاری پنهان باشد.

مشکل این است که پیدا کردن چنین سیگنال‌های ضعیفی در میان میلیون‌ها داده‌ی لرزه‌ای کار بسیار دشواری است. پژوهشگران برای حل این مشکل، یک مدل هوش مصنوعی را به‌کار گرفتند که ابتدا داده‌ها را بررسی کرد و مواردی را که احتمال وجود امواج PKP در آن‌ها بیشتر بود، جدا کرد. سپس دانشمندان نتایج را بررسی و اشتباه‌های مدل را اصلاح کردند تا دقت آن بیشتر شود. در پایان، سیستم توانست ۱۷۴هزار و ۹۲۹ سیگنال معتبر پیدا کند؛ یعنی بیش از ۱۰ برابر تعداد سیگنال‌هایی که در مطالعات قبلی شناسایی شده بود.

وقتی یک صفحه‌ی تکتونیکی به زیر صفحه‌ای دیگر فرو می‌رود، بخشی از مواد پوسته‌ی زمین به عمق سیاره منتقل می‌شود. این مواد ممکن است در طول زمان در نزدیکی مرز میان گوشته و هسته باقی بمانند.

در آن عمق، فشار و دما بسیار زیاد است و مواد می‌توانند تغییر کنند؛ برای مثال ترکیب شیمیایی آن‌ها عوض شود، ساختار کانی‌هایشان تغییر کند یا بخشی از آن‌ها ذوب شود. در نتیجه، بخش‌هایی با ویژگی‌های متفاوت از سنگ‌های اطراف شکل می‌گیرد.

پژوهشگران احتمال می‌دهند برخی از این ساختارها به گروهی از نواحی بزرگ و عجیب در اعماق زمین مرتبط باشند که به دلیل سرعت پایین عبور امواج لرزه‌ای شناخته می‌شوند.

ساختارهای پنهان در اعماق زمین می‌توانند روی حرکت گوشته و جابه‌جایی گرما درون سیاره اثر بگذارند. این موضوع ممکن است به دانشمندان کمک کند بهتر بفهمند چرا بعضی مناطق زمین فعالیت آتشفشانی بیشتری دارند یا صفحات تکتونیکی چگونه در طول زمان حرکت کرده‌اند.

نقشه‌ی جدید ۶ منطقه را نشان می‌دهد که تا امروز اطلاعات بسیار کمی درباره‌ی آن‌ها وجود داشت؛ از جمله بخش‌هایی در زیر اوراسیا، آسیای مرکزی و اقیانوس اطلس جنوبی. پژوهشگران می‌گویند این مناطق می‌توانند در آینده با جزئیات بیشتری بررسی شوند تا مشخص شود در عمیق‌ترین بخش‌های زمین چه ساختارهایی پنهان شده‌اند.

پژوهش در ژورنال Journal of Geophysical Research: Solid Earth منتشر شده است.