科学家利用地震数据探测地球内部结构。 （爱德华·加内罗和李明明/亚利桑那州立大学）
仔细想想，这有点令人头晕目眩：我们乘坐着一颗既绕轴自转又绕太阳旋转的岩石，在太空中飞速穿梭。
在你脚下约 2900 公里（1800 英里）处，地球固态但粘稠的地幔过渡到地球液态的外核。
在热力的驱动下，这些地层缓慢地相互挤压，它们的运动会滑动、推动和变形地壳，也就是我们居住的这层薄薄的地层。
令人难以置信的是，这种动态运动正是这个星球成为各种生命繁衍之地的 原因之一。
但这种运动也存在危险，尤其对我们人类和我们钢筋水泥的城市而言。因此，了解地球内部的运动不仅仅是出于科学好奇心；它还有助于我们更好地抵御地震和其他自然灾害。
然而，这些地震对于地质学家来说也是一个有用的工具，他们利用地球内部震动的数据来绘制地球内部的地图，其深度远远超过钻探所能达到的深度。
中国科学院的研究人员 在《地球物理研究杂志：固体地球》上发表了一项新研究，他们利用机器学习程序筛选了三十五年间收集的 200 多万条地震记录。
他们发现了近 175,000 个微弱的地震信号，揭示了地球地幔和地核边界附近意想不到的小规模结构。
研究人员在论文中写道：“我们还发现了六个区域，这些区域可能存在以前从未记录过的显著异质性，为未来探索地球深部内部提供了明确的优先目标。”
最终绘制出了这些深层结构的全球综合地图——该地图显示，科学家在地幔底部探测到的一些奇怪特征可能比之前认为的要广泛得多。
该研究重点关注一种称为PKP前兆波的特殊地震波。这些是强度远高于地震波（PKIKP）的微弱地震波，会在后者到来之前不久到达。
地震发生时，较强和较弱的地震波都会在地球内部传播。但是，如果其中一些地震波在地核-地幔边界附近遇到物质的微小变化，它们就会发生散射，并沿着略微不同的路径传播。
散射的 PKP 波穿过外部液态内核，但不能穿过固态内核，因此可以比主 PKIKP 信号更早到达。
因此，通过分析波的时间，这些 PKP 前兆可以“显示”行星内部深处的异常结构。
问题在于这些波很微弱——在数百万次地震记录中找到它们是一项极其艰巨的任务。
传统上，研究人员必须手动检查地震记录，寻找这些PKP线索，这是一项缓慢而艰巨的工作。而且，研究人员对于某个信号是否是真正的先兆信号也未必总能达成一致意见。
因此，研究人员训练了一个深度学习系统来进行初步筛选，使他们能够检查 1990 年至 2024 年间近 5000 次地震的数百万个地震波形。
该算法首先按质量对录音进行排序，然后确定它们是否含有 PKP 前体。
重要的是，研究人员手动检查并纠正了人工智能模型的错误，然后在训练过程中将纠正后的示例输入到算法中。
最终，该系统识别出 174,929 个高质量的 PKP 前体信号——是之前所有研究总和的十倍以上。
观测数量的大幅增加意义重大，因为早期的地幔底部地图往往显示出相对孤立、看似随机的结构。
通过扩展数据集，研究人员可以看到，其中一些斑块实际上连接成更大的连续带状区域。
这些建筑可能有着令人惊讶的古老起源。
研究人员认为，其中一些结构可能与俯冲作用将物质拖入地球深处有关。
根据2023 年的研究，地幔深处存在多种物质，“例如大陆地壳、沉积物、海洋地壳和原始地幔物质”。
甚至可能还留有当年撞击地球形成 月球的物体的残骸。
在地核-地幔边界处巨大的压力和温度下，该物质会发生化学分异、矿物转变或部分熔化，从而形成与周围地幔物理性质截然不同的囊状物或结构。
研究人员谨慎地解读了他们的发现，得出结论：他们发现的小规模构造可能是“热化学堆”，是由多次俯冲板块残余、局部部分熔融、矿物转变以及与被称为大型低剪切速度省的已知“巨型团块”的相互作用等因素共同形成的。
这些构造会影响地幔的运动方式，以及炽热岩浆如何到达火山下方或深海海脊（因为不同岩石的加热温度不同）。而这又会决定火山是否会发生喷发以及喷发的强度，这些信息对我们来说非常有用。
它们甚至可能告诉我们更多关于科学奇闻的事情，例如板块构造是如何形成的以及地球磁场的不平衡。
新地图突出显示了六个此前PKP早期研究采样不足的区域，这些区域现在看来是值得深入研究的目标区域。其中包括欧亚大陆高纬度地区、中亚和南大西洋等。
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