Algoritme udviklet til astrofysik giver ny viden om Jordens indre

Ud fra en analyse af alle observationer ved de seismiske stationer (rød) opfanget fra hundredvis af jordskælv i Stillehavet (blå) har forskerne nu kortlagt strukturen ved overgangen mellem Jordens kappe og kerne og bl.a. fundet nye ULVZ-områder, som man mener er forbundet med vulkansk aktivitet. Illustration: Science

Geofysikere interesserer sig meget for forholdene 2900 km under Jordens overflade, hvor grænsen cirka går mellem Jordens kappe og den flydende kerne.

Doyeon Kim fra University of Maryland i USA har nu taget en algoritme kaldet The Sequencer, som tidligere er anvendt inden for astrofysik i forbindelse med studier af sorte huller, i brug til at give et samlet billede af kappe-kerne-overgangen i Stillehavet.

Resultatet er beskrevet i en videnskabelig artikel i Science og på Kims eget website.

Diffrakterede bølger

Den bedste kilde til information om forholdene dybt i undergrunden kommer fra analyser af seismiske bølger fra jordskælv.

Når de disse bølger rammer grænsen mellem kerne og kappe, opstår der spredte eller diffrakterede bølger, der bl.a. afhænger af de fysiske egenskaber ved denne grænse.

Grænselaget er ikke ensartet. Visse steder findes eksempelvis large low-shear-velocity provinces (LLSVP) og ultralow-velocity zones (ULVZ), som er forbundet med områder med vulkansk aktivitet.

Man har hidtil fundet disse for geofysikerne meget interessante områder ud fra analyse af enkelte seismiske bølger. Men det giver kun mulighed for at undersøge meget begrænsede områder. Derved bliver det sværere at få et samlet overblik.

Ved at bruge samtlige data fra forskellige jordskælv i en total analyse er det muligt at få et totalt overblik, men det kræver, at man kan sammenholde og sammenligne de rette signaler med hinanden.

Algoritmen The Sequencer er velegnet til at sammenligne og rangordne forskelle i mange signaler. Den kræver ingen særlig forhåndsviden om de signaler, den skal behandle, og er derfor principielt lige så velegnet til geofysik som til astrofysik.

Det har gjort det muligt samtidigt at analysere mere end 7000 seismogrammer, der stammer fra flere hundrede jordskælv med styrke større end 6,6 i Stillehavet i perioden 1990-2018.

Forskerne er specielt interessant i de såkaldte Sdif (eller Sdiff) seismiske bølgder, der opstår ved diffraktion i overgangen mellem kerne og kapper.

Overraskende mange ekkoer

Med The Sequencer kunne Kim og hans kolleger identificere de Sdif-signaler, der ankom som ekkoer efter hovedsignalet - såkaldte postcursors. Det er disse, som giver information om forholdene ved spredningsområdet.

Analysen viste, at der var ekkoer på 40 pct. af bølgerne. Det var overraskende meget, skriver de i den videnskabelige artikel

Desuden var de i stand til at vise, at ULVZ under Hawaii, som er den største kendte ULVZ, var endnu større end hidtil estimeret. Desuden fandt de en hidtil ukendt ULVZ under Marquesasøerne.

Meghan S. Miller fra Australian National University i Canberra skriver i en kommentar i Science, at metoden uden tvivl også kan bruges på en lang række andre typer seismiske bølger, og det kan give et bedre og mere præcist kort over heterogeniteten dybt nede i Jorden.

Det kan bl.a. være med til at give viden om, hvor dybt vulkaner har forbindelse ned i Jorden, og hvad materialesammensætningen er i den nederste del af Jordens kappe.

Emner : Geofysik