Derin öğrenmenin yardımıyla Dünya’nın çekirdek-manto sınırında altı olağandışı yapı belirlendi

Bilim insanları, Dünya’nın çekirdeği ile derin manto arasındaki sınırın 2.900 km’sini (1.800 mil) delemeyecekleri için, bu bölgeyi incelemek için depremler sırasında kaydedilen sismik dalgaların aktardığı bilgileri kullanmak zorundalar. Dergide yayınlanan yeni bir çalışmada JGR Katı Toprakbir grup bilim insanı belirli bir tür sismik dalganın geniş bir kümesini incelemek için derin öğrenmeyi kullandı. Analiz, çekirdek-manto sınırında (CMB) daha önce yalnızca seyrek yamalar olarak görünen altı sürekli düzensizlik bandını ortaya çıkardı.

Dünyanın içini araştırmak için PKP öncüllerini kullanma

Yeni çalışmaya katılan ekip, SPK’da olup bitenleri analiz etmek için PKP öncülerini (genellikle daha güçlü sismik dalgalardan birkaç saniye önce gelen zayıf sismik dalgalar) kullandı. CMB, ısı akışını, manto dolaşımını ve volkanik bulutların yükselişini kontrol etmeye yardımcı oluyor, böylece bölgeye dair içgörü, araştırmacıların Dünya’nın derin iç kısmının dinamiklerini ve evrimini anlamalarına yardımcı oluyor. Bölge büyük özelliklerin yanı sıra farklı sıcaklıklara veya kimyasal yapıya sahip çok daha küçük, gizli parçalar da içeriyor. PKP öncülleri bu ayrıntıları analiz etmede özellikle iyidir.

Normalde PKP öncülleri zayıftır ve deprem kayıtlarında manuel olarak tespit edilmesi zordur. Araştırmacılar genellikle sinyal-gürültü oranını artıran, daha zayıf sinyalleri ortadan kaldıran ve dalga saçılımının kaynağını tespit eden tekniklerle analizi geliştirmeye çalışırlar. Ancak etkili olabilmek için araştırmacıların milyonlarca sismik kaydı tutarlı bir şekilde analiz edecek ölçeklenebilir bir yönteme ihtiyaçları vardı. Manuel olarak bu çok uzun zaman alacaktır.

Ancak geçen yıl başka bir ekip, sismik verileri kullanarak 30.000’den fazla PKP öncü sinyalini tanımlamak için bir sinir ağı çerçevesini başarıyla kullandı. Ancak bu çalışma daha çok yoğun sismik dizilere dayanıyordu ve bu da kapsama alanını sınırlıyordu. Yine de bu, normalde izole edilmesi çok zor olan PKP öncüllerini analiz etmek için derin öğrenmenin kullanılabileceğini gösterdi.

Derin öğrenme, derin manto heterojenliğinin kuşaklarını ortaya çıkarmaya yardımcı olur

PKP öncül sinyallerinin daha kapsamlı bir şekilde araştırılması ve derin manto heterojenliklerinin dağılımının haritasını çıkarmak için araştırmacılar, derin bir öğrenme sistemi kullanarak 1990’dan 2024’e kadar dünya çapında toplanan 2 milyondan fazla sismik kaydı analiz etti. Sistem, düşük kaliteli kayıtları filtreledi ve bir dalga formunun PKP öncüsü içerip içermediğini sınıflandırdı. Ekip, yapay zekayı geliştirmek için örnekleri tekrar tekrar elle kontrol etti ve düzeltti. Bu, iki olasılık haritasıyla sonuçlandı: biri öncüllerin ne kadar tutarlı bir şekilde ortaya çıktığını, diğeri ise güçlü saçılımcıların büyük olasılıkla nerede bulunduğunu gösteriyor.

Toplamda sistem 174.929 PKP haberci sinyali tanımladı; bu, önceki küresel haberci veri setlerinin toplamından kabaca 10 kat daha fazla. Bu genişletilmiş veriler, daha önce izole edilmiş gözlemleri, muhtemelen derin manto heterojenliğinin geniş, sürekli kuşaklarına bağladı. Ekip toplamda, Kuzey Atlantik’in altındaki alanlar, kuzey Avrasya, Güney Atlantik, Güney Afrika, Pasifik ve Antarktika çevresi dahil olmak üzere altı bölge belirledi.

Araştırmacılar, sonuçlarının şimdiye kadar CMB saçılımının mekansal olarak en eksiksiz ve en yoğun küresel haritasını ortaya çıkardığını ve birçok yüksek olasılıklı saçılma alanının, bağımsız olarak bilinen ultra düşük hızlı bölgelerle örtüştüğünü ve sonuçları desteklediğini söylüyor. Buldukları desenlerin, en alttaki mantonun eski tabakalara dalmış tabakalar, kimyasal ayrışma ve lokal erimenin bir karışımı tarafından şekillendirildiğini öne sürdüğünü söylüyorlar.

Araştırmacılar, haritaların, gizli yapıların kesin hatlarını değil, olası saçılma bölgelerini gösterdiğini ve öncü sinyallerin, tek bir sismik istasyondan gelen bir saçıcının yerini tam olarak belirleyemediğini belirtiyor. PKP sinyallerinin kapsamı da eşitsizdir çünkü sismik istasyonlar ve depremler dünya çapında eşit şekilde dağılmamıştır.

Yine de gelecekteki çalışmalar, çekirdek-manto sınırının görüntülerini keskinleştirmek için bu yeni kataloğu diğer sismik dalga türleriyle birleştirebilir ve yoğun sismik diziler, yapıların daha kesin konumlarının belirlenmesine yardımcı olabilir.

Çalışma yazarları şöyle yazıyor: “Katalog genişlemeye devam ettikçe, yüksek çözünürlüklü uzay-zamansal kapsamı, CMB heterojenliğindeki uzaysal ve zamansal değişimleri karakterize etmek için sağlam bir temel sağlayacak, en alt mantodaki ince ölçekli yapısal modellerin iyileştirilmesini ilerletecek ve Dünya’nın derin iç kısmının jeodinamik durumuna ilişkin anlayışımızı derinleştirmek için giderek daha zengin kısıtlamalar sunacak.”