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Mysteriöse Strukturen in der Nähe des Erdkerns mit fledermausähnlicher Echoortung

2024

Die riesige Region, die den festen Mantel und den geschmolzenen Kern unseres Planeten trennt, ist ein mysteriöses Reich, das hauptsächlich nur in wilder Science-Fiction-Küche wie Jules Vernes Roman von 1864 erforscht wird Reise zum Mittelpunkt der Erde oder der leicht kampflustige Hollywood-Spielfilm von 2003 Der Kern .

Jetzt ist ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Maryland Die gezielten Echos seismischer Wellen und ihre Ausbreitung unter dem Becken des Pazifischen Ozeans haben einige aufschlussreiche und unerklärliche Strukturen freigelegt, die die Zone tief unter der Erdkruste an der Kern-Mantel-Grenze bewohnen.

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Wie in einer neuen Studie beschrieben, die am 12. Juni im wissenschaftlichen Online-Journal veröffentlicht wurde Wissenschaft , replizierten Forscher der University of Maryland Methoden der Echoortung, die denen ähnlich sind, die von Fledermäusen und Delfinen verwendet werden. Hier führten sie die ersten simultanen Seismogramm-Experimente mit Hunderten von Erdbeben durch, um Nachhallsignaturen zu identifizieren, und entdeckten eine unerwartete Anzahl weit verbreiteter, verklumpter Strukturen in der Nähe des Nickel-Eisen-Herzens des Planeten.

Bildnachweis: Doyeon Kim/Universität Maryland

Diese heterogenen Gebiete mit ungewöhnlich dichtem, heißem Gestein repräsentieren eine massive Verschiebung in unserem Verständnis dessen, was an der Kern-Mantel-Grenze liegt. Wissenschaftler sind sich über die Zusammensetzung dieser Strukturen noch nicht sicher, und frühere Studien haben nur spärliche Ansichten darüber geliefert. Die jüngsten Erkenntnisse werden neue Theorien darüber liefern, wie die Plattentektonik bei der Entwicklung des Planeten in seinen frühen Äonen funktionierte, da diese frühere Forschung nur sehr wenige Details dieser inneren Erdzone gezeigt hat.

'Indem wir Tausende von Kern-Mantel-Grenzechos gleichzeitig betrachten, anstatt uns auf einige zu konzentrieren, wie es normalerweise der Fall ist, haben wir eine völlig neue Perspektive erhalten', erklärt Doyeon Kim , Postdoc am Department of Geology der UMD und Erstautor der Studie. 'Dies zeigt uns, dass es in der Kern-Mantel-Grenzregion viele Strukturen gibt, die diese Echos erzeugen können, und das war uns vorher nicht bewusst, weil wir nur eine enge Sicht hatten.'

Geophysiker konzentrierten sich auf die spezifischen Wellenformen seismischer Wellenechos, die sich unter dem Becken des Pazifischen Ozeans ausbreiten. Ihre Analyse deckte bisher unbekannte Strukturen unter den vulkanischen Marquesas-Inseln im Südpazifik auf.

Bildnachweis: Getty Images

Mit Hilfe eines komplexen Algorithmus, der für die Untersuchung von Sternen und Galaxien entwickelt wurde, genannt Sequencer, forderten die Forscher seine Fähigkeit, große astronomische Datensätze nach Mustern zu durchsuchen, nachdem sie ihn zuerst neu kalibriert hatten, um Berge von seismischen Daten zu durchsuchen.

'Maschinelles Lernen in den Geowissenschaften nimmt rasant zu und eine Methode wie Sequencer ermöglicht es uns, systematisch seismische Echos zu erkennen und neue Einblicke in die weitgehend rätselhaften Strukturen an der Basis des Erdmantels zu erhalten.' Kim Notizen .

Nachdem Sequencer drei Jahrzehnte an Informationen aufgenommen hatte, die fast 7.000 Seismogramme einer bestimmten Art von seismischen Wellen umfassten, jagte Sequencer seismische Echos, die eine Zone mit ultraniedriger Geschwindigkeit widerspiegeln, die Wissenschaftler in früheren Analysen möglicherweise beschönigt haben, und entdeckte eine augenöffnende Offenbarung.

Wenn durch Erdbeben erzeugte seismische Wellen Tausende von Kilometern tiefer in das Erdinnere pulsieren, verschieben sich diese Wellen, verlangsamen und streuen sich je nach Variation der Gesteinsdichte, Temperatur oder Zusammensetzung. Durch die Berechnung der Laufzeit und Intensität dieser zurückprallenden Signale beim Auftreffen auf Seismometer in verschiedenen Gebieten können Wissenschaftler Modelle der physikalischen Eigenschaften von Gestein erstellen, das unter der Oberfläche lauert.

Bildnachweis: Doyeon Kim/Universität Maryland

'Wir waren überrascht, ein so großes Merkmal unter den Marquesas-Inseln zu finden, von dem wir vorher nicht einmal wussten, dass es existiert', erklärte der Geologe Vedran Lekić der University of Maryland. 'Das ist wirklich aufregend, weil es zeigt, wie der Sequencer-Algorithmus uns helfen kann, Seismogrammdaten auf der ganzen Welt auf eine Weise zu kontextualisieren, die wir vorher nicht konnten.'

'Wir haben Echos auf etwa 40 Prozent aller seismischen Wellenpfade gefunden', fügte Lekić hinzu. 'Das war überraschend, weil wir erwartet hatten, dass sie seltener sind, und das bedeutet, dass die anomalen Strukturen an der Kern-Mantel-Grenze viel weiter verbreitet sind als bisher angenommen.'

Nachdem Sequencers Talent zum Aufspüren unbekannter Strukturen in diesem düsteren Kern-Mantel-Gebiet gezeigt wurde, könnten diese Techniken weiter verwendet werden, indem verschiedene Arten von Wellen und Frequenzen angewendet werden, um eine hochauflösende Karte des Erdinneren zu erstellen und so Geologen bei ihrer Suche nach die Entwicklung der Erde besser verstehen, indem man diese seltsamen dichteren Zonen untersucht.