In fast 2.900 km Tiefe unter unseren Füßen sind auf einer neuen Karte der Tiefen der Erde sechs bislang unbekannte Zonen sichtbar geworden.
In dieser Tiefe trifft der Gesteinsmantel der Erde auf den äußeren Kern, der aus flüssigem Eisen besteht. Diese Grenze bleibt für jede Bohrung unerreichbar. Um herauszufinden, was dort geschieht, nutzen Forschende die von Erdbeben erzeugten und an der Oberfläche aufgezeichneten Schwingungen.
Illustration eines Querschnitts durch die Erde, der ihren inneren und äußeren Kern enthüllt.
Bild: Argonne National Laboratory / Flickr / CC 2.0
Einige Schwingungen durchqueren den Kern, bevor sie die Messstationen erreichen. Auf ihrem Weg können unmittelbar vor der Hauptwelle schwache Signale auftreten. Sie entstehen durch Schwingungen, die an Zonen abgelenkt werden, in denen sich die Gesteine von ihrer Umgebung unterscheiden. Diese unauffälligen Signale liefern daher Hinweise auf tief verborgene Strukturen.
Ihre Erkennung nimmt viel Zeit in Anspruch, wenn sie manuell erfolgt. Yurui Guan, Juan Li und ihre Kollegen trainierten deshalb ein maschinelles Lernsystem darauf, diese Signale zu erkennen. Sie analysierten mehr als 2 Millionen Aufzeichnungen von Erdbeben der Magnitude 6 oder höher, die zwischen 1990 und 2024 auftraten.
Das System identifizierte 174.929 Signale – etwa zehnmal mehr als die zuvor verwendeten Datensätze. Diese Menge verändert die erstellte Karte. Regionen, die in früheren Studien getrennt erschienen, bilden nun in einigen Bereichen deutlich zusammenhängendere Bänder.
Um zu verstehen, was diese Signale verraten, muss man direkt oberhalb des Kerns suchen. Dort kennen die Forschenden bereits Zonen, in denen sich die seismischen Wellen stark verlangsamen. Ihre Zusammensetzung und ihr Ursprung sind weiterhin umstritten. Sie könnten unter anderem Materialien enthalten, die sich von den benachbarten Gesteinen unterscheiden, oder sogar lokal aufgeschmolzene Bereiche sein.
Die neue Analyse findet mehrere dieser bekannten Regionen wieder. Dadurch lässt sich die Methode mit unabhängigen Beobachtungen vergleichen. Vor allem treten dabei sechs Zonen hervor, die mit hoher Wahrscheinlichkeit seismische Wellen streuen. Sie waren zuvor nicht dokumentiert worden.
Diese tiefen Unterschiede können Spuren der inneren Geschichte unseres Planeten bewahren. Einige könnten mit alten Teilen tektonischer Platten zusammenhängen, die in den Mantel abgesunken sind, oder mit teilweise aufgeschmolzenen Gesteinen. Im Laufe der Zeit könnten auch mehrere Mechanismen gemeinsam gewirkt haben.
Die sechs neuen Zonen liefern nun genaue Ziele für künftige Untersuchungen. Die Forschenden können mehrere Arten seismischer Wellen kombinieren, um detailliertere Bilder zu erhalten und zu prüfen, was sich tatsächlich an der Grenze zwischen Mantel und Kern verbirgt.