KI blickt 2900 km in die Tiefe der Erde: Sechs verborgene anomale Zonen an der Grenze zwischen Kern und Mantel entdeckt

Eine Gruppe von Geologen hat mit Hilfe eines Deep-Learning-Systems mehr als zwei Millionen seismische Aufzeichnungen analysiert und sechs durchgehende Anomalie-Zonen an der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel entdeckt – auf einer Tiefe von rund 2900 Kilometern. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2026, DOI: 10.1029/2025jb033195) veröffentlicht. Ein direktes Bohren bis zu dieser Tiefe ist technologisch nach wie vor unmöglich, weshalb seismische Wellen, die von Erdbeben auf der ganzen Welt erzeugt werden, das einzige „Fenster“ in den Erdinneren darstellen.

Wie das neuronale Netz zwei Millionen Seismogramme verarbeitete

Für die detaillierte Untersuchung der Kern-Mantel-Grenze nutzten die Forscher sogenannte „Vorläuferwellen“ – schwache seismische Signale, die einige Sekunden vor den Hauptwellen eintreffen und es ermöglichen, kleine Inhomogenitäten in den tiefen Schichten des Planeten zu erfassen. Eine manuelle Analyse solcher Signale in Tausenden von Aufzeichnungen hätte enorme Rechenressourcen und viel Zeit erfordert. Um diese Einschränkung zu überwinden, wandten die Wissenschaftler ein Deep-Learning-System an, das Seismogramme verarbeitete, die von Observatorien auf der ganzen Welt im Zeitraum von 1990 bis 2024 gesammelt wurden. Gerade die Automatisierung auf neuronaler Ebene machte die Analyse einer zweimillionenfachen Stichprobe und die Erkennung von Mustern möglich, die mit dem traditionellen Verfahren unsichtbar geblieben wären.

Wo sich die sechs anomalen Zonen befinden

Die entdeckten Inhomogenitätszonen umfassen weite Bereiche des Planeten: unter dem Nordatlantik, dem nördlichen Eurasien, dem Südatlantik, dem Süden Afrikas, dem Pazifik und im Bereich der Antarktis. Mehrere der identifizierten Streuzonen stimmen mit zuvor bekannten Bereichen extrem niedriger Geschwindigkeiten (ULVZ – ultra-low velocity zones) überein, was die Korrektheit der Methode bestätigt. Die Kern-Mantel-Grenze spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Wärmeströme, der Mantelzirkulation und der Bildung vulkanischer Plumes, weshalb die Entdeckung neuer struktureller Anomalien in dieser Zone eine direkte Bedeutung für das Verständnis geodynamischer Prozesse hat.

Was hinter den Anomalien steckt: Platten, Chemie und Schmelzen

Nach Ansicht der Autoren der Studie entstand die komplexe Struktur des unteren Mantels in den identifizierten Zonen infolge mehrerer Prozesse: dem Mischen abgesunkener alter tektonischer Platten, der chemischen Segregation (Trennung der Elemente nach Dichte und chemischer Zusammensetzung) und dem lokalen Schmelzen von Gesteinen. In dieser Zone befinden sich sowohl großmaßstäbliche Gebilde als auch kleine lokale Bereiche mit abweichender Temperatur oder chemischer Zusammensetzung. Die Autoren betonen, dass die erstellte Karte wahrscheinliche Bereiche der seismischen Signalstreuung zeigt und keine exakten Grenzen unterirdischer Strukturen, und dass eine weitere Kombination dieses Katalogs mit anderen Wellentypen die Details des Erdinneren genauer bestimmen wird.

Widersprüchliche Daten

In den vorliegenden Materialien besteht eine Diskrepanz in der Terminologie der seismischen Phasen. Der Haupttext der Studie und der Überblicksbericht von RBC-Ukraina verwenden den Begriff „Vorläuferwellen PKP“ (P-Wellen, die den äußeren Kern durchlaufen), während die Bildunterschrift zur Darstellung der globalen Verteilung der Eintritts- und Austrittspunkte in der Publikation des Journals auf die Phase PKIKP (P-Wellen, die den inneren Kern durchlaufen) verweist. Dies sind technisch verschiedene seismische Phasen, und die genaue Bestimmung der verwendeten Phase beeinflusst die Interpretation der Tiefe und der Natur der entdeckten Anomalien. Darüber hinaus präsentieren eine Reihe russischer Medien (insbesondere TASS) die Ergebnisse der Studie im Sinne einer „Karte der Eisenauslecks aus dem Kern in den Mantel“, während die Autoren in JGR: Solid Earth ihre Schlussfolgerungen als Entdeckung von Inhomogenitäts- und Streuzonen formulieren, ohne sie ausschließlich auf den Eisentransport zu reduzieren. Der Unterschied in den Schwerpunkten kann den Leser hinsichtlich des Umfangs und der Natur der identifizierten Strukturen in die Irre führen.

Perspektiven und Einschränkungen

Die Studie zeigt, dass die Kombination großer seismischer Datensätze mit Methoden des maschinellen Lernens den Zugang zu Schichten der Erde eröffnet, die zuvor außerhalb der detaillierten Kartierung lagen. Die Autoren weisen jedoch ehrlich auf die Einschränkungen hin: Die Karte zeigt wahrscheinliche Streubereiche und keine exakten Strukturgrenzen, und die Interpretation der physikalisch-chemischen Natur der Anomalien erfordert zusätzliche Daten. Die weitere Arbeit sieht die Integration des PKP/PKIKP-Vorläuferkatalogs mit anderen Wellentypen (S-Wellen, Normalmoden, diffraktierte Phasen) vor, was den Aufbau eines detaillierteren dreidimensionalen Modells des unteren Mantels ermöglichen und möglicherweise bestehende Vorstellungen über die geodynamische Geschichte des Planeten überarbeiten wird.