براساس گزارش خبرآنلاین و به نقل از یورونیوز، گروهی از دانشمندان چینی به تازگی به کشف ساختارهایی دست یافتهاند که در مرز میان «گوشته» نیمهجامد و «هسته» بیرونی مایع زمین، در عمق ۲۹۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین قرار دارند.
این ساختارها که در اعماق زمین واقع شدهاند، تقریبا نامرئی هستند و تنها نشانهی وجود آنها از طریق تغییر ناچیزی که در مسیر حرکت امواج لرزهای هنگام عبور از آنها به وجود میآید، قابل تشخیص است. این محققان در مطالعه خود بر این باورند که این ساختارها ممکن است در زمانهایی شکل گرفته باشند که مواد موجود در لایههای سطحی زمین به عمق سیاره رانده شدهاند.
به احتمال زیاد این ساختارها شامل بخشهایی از پوسته قارهای یا حتی بقایای سیارهای به نام «تِیا / Theia» میباشند. تِیا سیارهای فرضی به ابعاد مریخ است که تصور میشود ۴.۵ میلیارد سال پیش بر اثر برخورد با زمین، منجر به شکلگیری ماه شده باشد. همچنین، پوسته قارهای لایهای از انواع سنگهای آذرین، رسوبی و دگرگونی است که قارهها و مناطق کم عمق اقیانوسها را در نزدیکی سواحل تشکیل میدهند.
به دلیل فشارهای بسیار زیاد و دماهای فوقالعاده در مرز گوشته، این قسمتها تحت تاثیر تغییرات قرار میگیرند و بخشهایی از آنها ممکن است ذوب شده یا ساختار کانیشناسی آنها تغییر یابد. این بخشها در معرض فشارهای شدید و دماهای سرسامآور در مرز گوشته هستند، بنابراین ممکن است دگرگونیهایی را تجربه کنند یا قسمتی از آنها ذوب شود و ترکیب کانیهای تشکیلدهندهشان دچار تغییر گردد.
پژوهشگران به این نتیجه رسیدهاند که در نتیجه این فرایندها شش «توده ترموشیمیایی» از مواد قابل تشخیصی شکل گرفتهاند که تفاوتهای قابل توجهی با گوشته پیرامون خود دارند. در حالی که زمین از منظر ما در سطح بهطور نسبی پایدار بنظر میرسد، در اعماق آن و بهخصوص در مرز میان لایهها، فرآیندهایی خشن و پویا در حال انجام است.
یکی از جذابترین این مرزها جایی است که گوشته به هسته بیرونی زمین متصل میشود، جایی که سنگهای جامد و در عین حال گرانرو (که دارای ویسکوزیته هستند) در نزدیکی نیکل و آهن مایع قرار دارند. در طرفین این مرز، نقاط دمایی بسیار متفاوتی وجود دارد؛ به طوری که دمای یک لایه تقریباً هزار درجه سانتیگراد بیشتر از لایه دیگر است.
حرارت شدیدی که از هسته بیرونی زمین متصاعد میشود، موجب بهوجود آمدن جریانهای همرفتی معروف به «زبانههای گوشتهای» میگردد که نقش مهمی در تعیین محل وقوع فعالیتهای آتشفشانی در سطح زمین ایفا میکنند. همچنین به واسطه تفاوتهای شدید در چگالی، امواج لرزهای در این مرز به طور قابل توجهی آهسته میشوند و این موضوع به زمینشناسان کمک میکند تا پدیدههایی که در این ناحیه به وقوع میپیوندند را مورد بررسی قرار دهند.
محققان برای مطالعه دقیقتر این بخش عجیب از درون زمین به سراغ نوع خاصی از امواج لرزهای رفتهاند که تحت عنوان «پیشنشانگرهای PKP» شناخته میشوند. این امواج نسبتاً ضعیف هستند و کمی قبل از امواج لرزهای قویتر که در پی زلزلهها ایجاد میشوند، به مقصد میرسند.
پیشنشانگرهای PKP از اهمیت بالایی برای دانشمندان برخوردارند، زیرا هنگام عبور از مرز گوشته با توجه به تفاوتهای جزئی یا «ناهمگنیها» در ساختارهای پنهان این ناحیه، دچار واگشت میشوند و همین تغییرات سرنخهایی درباره ساختارهای عمق زمین در اختیار محققان قرار میدهد.
این امواج پس از آنکه از هسته بیرونی مایع عبور کرده و بدون وارد شدن به هسته داخلی جامد بازتاب شوند، پیش از رسیدن موج اصلی به گیرندههای لرزهای، به آن میرسند. مشکل اینجاست که پیشنشانگرهای PKP به قدری ضعیف هستند که شناسایی آنها در دادههای لرزهای به شدت دشوار است و محققان هر ساله مجبورند این امواج را به صورت دستی از میان هزاران سیگنال ثبت شده تشخیص دهند.
وقتی هوش مصنوعی به کمک پژوهشگران میآید
محققان در نوشتههای خود اظهار میکنند: «شناسایی دستی پیشنشانگرها نه تنها ناکارآمد بلکه به قضاوت شخصی نیز وابسته است و برای تجزیه و تحلیل حجم عظیم دادههای لرزهای از سرتاسر جهان کافی به نظر نمیرسد.»
برای پشت سر گذاشتن این چالش، پژوهشگران مدلی از هوش مصنوعی را طراحی کردند تا بتواند پیشنشانگرهای PKP را در بین دادههای لرزهای تشخیص دهد.
پس از آموزش مدل با استفاده از امواجی که محققان پیشتر به صورت دستی شناسایی کرده بودند، این تیم تحقیقاتی هوش مصنوعی را بر روی بیش از دو میلیون داده متشکل از پنج هزار زلزله مختلف آزمایش کردند.
مدل هوش مصنوعی آنها موفق به شناسایی ۱۷۴ هزار و ۹۲۹ سیگنال با کیفیت از پیشنشانگرهای PKP گردید؛ رقمی که بیش از ۱۰ برابر مجموع کل مطالعات پیشین است.
این یافتهها به دانشمندان امکان داده است تا برای نخستین بار تصویری بیسابقه از مرز گوشته را به دست آورند و پهنههای وسیعی از ساختارهای ناشناخته در اعماق زمین را نمایان سازند.
کشف شش منطقه ناشناخته
در مقاله خود، پژوهشگران اشاره کردهاند که «همچنین شش منطقه را شناسایی کردهایم که احتمالاً میزبان ناهمگنیهای قابلتوجهی هستند که پیشتر هرگز ثبت نشده بودند؛ این مناطق به عنوان اهداف اولویتدار و مشخص برای اکتشافات آینده درون اعماق زمین به شمار میآیند.»
محققان در مطالعات گذشته تنها موفق به شناسایی ساختارهایی پراکنده و به ظاهر نامرتبط در چند نقطه از جهان شدند. اما نقشه جدید نشان دهنده این است که این بخشهای پراکنده در حقیقت قسمتی از ساختارهای بسیار بزرگتر و متصل به هم هستند که به شکل نوارهایی پهناور در عمق زمین کشیده شدهاند.
پژوهشگران هنوز نمیدانند این ساختارها دقیقاً از چه موادی تشکیل شده یا چگونه ایجاد شدهاند؛ اما آنچه تاکنون روشن شده این است که ترکیب یا ویژگیهای آنها با گوشته اطراف خود متفاوت است. به هر حال، به کارگیری مدلهای هوش مصنوعی برای تحلیل عمیقتر دادههای فراهم شده در طی چند دهه اخیر میتواند به زودی به دانشمندان کمک کند که تصویری دقیقتر از ماهیت و شکلگیری این ساختارهای ناشناخته به دست آورند.
پژوهشگران همچنین اضافه میکنند: «هرچه این مجموعه دادهها وسیعتر شود، امکان دستیابی به پوشش مکانی و زمانی دقیقتر برای ما فراهم میآید تا بتوانیم مدلهای جزئیتر و دقیقتری از پایینترین بخش گوشته خلق کنیم و اطلاعات بیشتری برای درک بهتر وضعیت و پویایی اعماق زمین در اختیار قرار دهیم.»
5858
نظرات کاربران