ให้ความรู้เกี่ยวกับแกนโลก

นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจในองค์ประกอบของโครงสร้างเหล่านี้ และการศึกษาก่อนหน้านี้ได้ให้มุมมองที่จำกัดเท่านั้น การเข้าใจรูปร่างและขอบเขตของพวกมันดีขึ้นสามารถช่วยเผยให้เห็นกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของโลก ความรู้นี้อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับการทำงานของแผ่นเปลือกโลกและวิวัฒนาการของโลกของเรา งานวิจัยชิ้นใหม่นี้ให้มุมมองที่ครอบคลุมเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับขอบเขตแกนกลางของเนื้อโลกในบริเวณกว้างด้วยความละเอียดที่ละเอียดเช่นนี้ การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสารScience ฉบับวันที่ 12 มิถุนายน 2020 นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่เสียงสะท้อนของคลื่นไหวสะเทือนที่เคลื่อนที่ใต้แอ่งน้ำในมหาสมุทรแปซิฟิก การวิเคราะห์ของพวกเขาเปิดเผยโครงสร้างที่ไม่รู้จักมาก่อนใต้หมู่เกาะ Marquesas ภูเขาไฟในแปซิฟิกใต้ และแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างใต้หมู่เกาะฮาวายมีขนาดใหญ่กว่าที่ทราบก่อนหน้านี้มาก โดยดูที่เสียงสะท้อนของแกนกลางเนื้อโลกหลายพันตัวในคราวเดียว แทนที่จะเน้นทีละสองสามเสียงอย่างที่เคยทำ เราได้รับมุมมองใหม่โดยสิ้นเชิง" โดยอน คิม นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากแผนก UMD ของ UMD กล่าว ธรณีวิทยาและผู้เขียนนำของบทความ "สิ่งนี้แสดงให้เราเห็นว่าบริเวณแกนกลาง-เนื้อโลกมีโครงสร้างมากมายที่สามารถสร้างเสียงสะท้อนเหล่านี้ได้ และนั่นเป็นสิ่งที่เราไม่เคยรู้มาก่อนเพราะเรามีมุมมองที่แคบเท่านั้น" แผ่นดินไหวสร้างคลื่นไหวสะเทือนใต้พื้นผิวโลกที่เดินทางได้หลายพันไมล์ เมื่อคลื่นพบกับการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของหิน อุณหภูมิ หรือองค์ประกอบ คลื่นจะเปลี่ยนความเร็ว โค้งงอ หรือกระจาย ทำให้เกิดเสียงก้องที่สามารถตรวจจับได้ เสียงสะท้อนจากโครงสร้างใกล้เคียงมาถึงเร็วกว่า ในขณะที่เสียงสะท้อนจากโครงสร้างขนาดใหญ่จะดังกว่า ด้วยการวัดระยะเวลาการเดินทางและแอมพลิจูดของเสียงสะท้อนเหล่านี้เมื่อมาถึงเครื่องวัดแผ่นดินไหวในสถานที่ต่างๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาแบบจำลองคุณสมบัติทางกายภาพของหินที่ซ่อนอยู่ใต้พื้นผิวได้ กระบวนการนี้คล้ายกับวิธีที่ค้างคาวส่งเสียงสะท้อนเพื่อทำแผนที่สภาพแวดล้อมของพวกมัน ในการศึกษาครั้งนี้ คิมและเพื่อนร่วมงานมองหาเสียงสะท้อนที่เกิดจากคลื่นชนิดใดชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าคลื่นเฉือน (shear wave) ขณะที่มันเคลื่อนที่ไปตาม แกนโลก ของเนื้อโลก ในการบันทึกจากแผ่นดินไหวครั้งเดียวหรือที่เรียกว่า seismogram เสียงสะท้อนจากคลื่นเฉือนที่หักเหจะแยกแยะได้ยากจากเสียงรบกวนแบบสุ่ม แต่การดู seismograms หลายครั้งจากแผ่นดินไหวหลายครั้งสามารถเปิดเผยความคล้ายคลึงกันและรูปแบบที่ระบุถึงเสียงสะท้อนที่ซ่อนอยู่ในข้อมูล โดยใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องที่เรียกว่า Sequencer นักวิจัยวิเคราะห์แผ่นดินไหวขนาด 7,000 จากแผ่นดินไหวขนาด 6.5 และมากกว่านั้นที่เกิดขึ้นรอบแอ่งมหาสมุทรแปซิฟิกระหว่างปี 2533 ถึง 2561 หลายร้อยครั้ง Sequencer ได้รับการพัฒนาโดยผู้เขียนร่วมของการศึกษาใหม่จากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกินส์และเทลอาวีฟ มหาวิทยาลัยเพื่อค้นหารูปแบบการแผ่รังสีจากดวงดาวและดาราจักรที่อยู่ห่างไกล เมื่อนำไปใช้กับ seismograms จากแผ่นดินไหว อัลกอริทึมได้ค้นพบเสียงสะท้อนของคลื่นเฉือนจำนวนมาก “การเรียนรู้ของเครื่องจักรในวิทยาศาสตร์พื้นพิภพกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว และวิธีการเช่น Sequencer ช่วยให้เราสามารถตรวจจับเสียงสะท้อนของแผ่นดินไหวอย่างเป็นระบบ และรับข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างที่ฐานของชั้นแมนเทิล ซึ่งยังคงเป็นปริศนาอยู่มาก” คิมกล่าว การศึกษาเผยให้เห็นถึงความประหลาดใจเล็กน้อยในโครงสร้างของแกนกลาง-เนื้อโลก "เราพบเสียงสะท้อนประมาณ 40% ของเส้นทางคลื่นไหวสะเทือนทั้งหมด" Vedran Lekić รองศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาของ UMD และผู้ร่วมวิจัยกล่าว "นั่นเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเพราะเราคาดว่าพวกมันจะหายากมากขึ้น และนั่นหมายความว่าโครงสร้างผิดปกติที่ขอบเขตแกนกลางของเนื้อโลกนั้นแพร่หลายมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้" นักวิทยาศาสตร์พบว่าแผ่นวัสดุขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นสูงและร้อนบริเวณขอบเนื้อโลกใต้ฮาวายทำให้เกิดเสียงสะท้อนที่ดังเป็นพิเศษ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีขนาดใหญ่กว่าการประมาณการครั้งก่อน รู้จักกันในชื่อโซนความเร็วต่ำพิเศษ (ULVZs) พบหย่อมดังกล่าวที่รากของภูเขาไฟที่พวยพุ่ง ซึ่งหินร้อนผุดขึ้นมาจากบริเวณแกนกลางและชั้นเนื้อโลกเพื่อสร้างเกาะภูเขาไฟ ULVZ ใต้ฮาวายเป็นที่รู้จักมากที่สุด การศึกษานี้ยังพบ ULVZ ที่ไม่รู้จักมาก่อนใต้เกาะ Marquesas “เรารู้สึกประหลาดใจที่พบว่ามีพื้นที่ขนาดใหญ่เช่นนี้อยู่ใต้หมู่เกาะ Marquesas ซึ่งเราไม่เคยรู้มาก่อนด้วยซ้ำว่ามีอยู่จริง” Lekić กล่าว "นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นจริงๆ เพราะมันแสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึม Sequencer สามารถช่วยเราในบริบทของข้อมูล seismogram ทั่วโลกได้อย่างไรในแบบที่เราทำไม่ได้มาก่อน"