KI findet sechs verborgene Anomalien in 2900 km Tiefe

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„Nie zuvor dokumentiert“: KI entdeckt sechs geheime Strukturen tief im Erdinneren

Von: Tanja Banner

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2900 Kilometer tief unter der Erde entdeckt KI sechs unbekannte Strukturen. Was sich dort verbirgt, könnte unser Verständnis der Erde verändern.

München – Tief unter unseren Füßen, an einem Ort, den kein Mensch je erreichen wird, haben Wissenschaftler eine spektakuläre Entdeckung gemacht. Rund 2900 Kilometer unter der Erdoberfläche, genau dort, wo der plastisch verformbare Erdmantel auf den flüssigen Kern stößt, identifizierte ein Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sechs bislang völlig unbekannte Strukturen. Möglich wurde dieser Durchbruch durch den Einsatz künstlicher Intelligenz.

„Wir haben sechs Gebiete entdeckt, die wahrscheinlich bedeutende Heterogenitäten beherbergen, die nie zuvor dokumentiert wurden“, erklären die Forscher um den Geophysiker Yurui Guan in ihrer im Journal of Geophysical Research: Solid Earth veröffentlichten Studie. Diese neu kartierten Regionen stellen nach Einschätzung des Teams „klare Prioritätsziele für die zukünftige Erforschung des tiefen Erdinneren“ dar.

Seismische Wellen jagen durch das Erdinnere und zeigen, was sich dort verbirgt

Erschüttert ein Erdbeben unseren Planeten, jagen seismische Wellen durch sein Inneres – einige durchqueren den Mantel, andere den Kern. Stoßen diese Wellen auf ungewöhnliche Formationen nahe der Kern-Mantel-Grenze, ändern sie ihren Kurs und werden gestreut. Die dabei entstehenden schwachen Signale – Fachleute nennen sie PKP-Vorläufer – erreichen Messstationen an der Oberfläche kurz vor den eigentlichen Hauptwellen. Sie verraten dadurch verborgene Anomalien in der Tiefe.

Das Aufspüren dieser PKP-Vorläufer galt bisher als extrem mühsam. Die Signale sind schwach, verstecken sich im Datenrauschen und erforderten zeitaufwendige Handarbeit. Das chinesische Team wählte einen anderen Weg: Es trainierte einen Deep-Learning-Algorithmus, der mehr als zwei Millionen Erdbeben-Aufzeichnungen aus dreieinhalb Jahrzehnten zwischen 1990 und 2024 systematisch durchsuchte. Die Forscher korrigierten und verbesserten das System kontinuierlich. Unabhängige Experten betonen jedoch, dass KI-basierte Seismogramm-Analysen erst durch weitere Messungen validiert werden müssen, um Artefakte auszuschließen.

KI untersucht PKP-Vorläufersignale – und findet große Mengen davon

Das Resultat übertrifft alle Erwartungen: 174.929 hochwertige PKP-Vorläufersignale konnte der Algorithmus identifizieren – mehr als zehnmal so viele wie sämtliche früheren Untersuchungen zusammengenommen. Frühere Karten zeigten lediglich isolierte, scheinbar zufällig verteilte Strukturen. Der erweiterte Datensatz legt nun nahe, dass manche dieser Flecken mit deutlich größeren Gürteln zusammenhängen könnten.

Da Bohrungen in 2900 Kilometer Tiefe technisch unmöglich bleiben, basieren sämtliche Erkenntnisse auf einer Art seismischem „Ultraschallbild“. Die KI-Modelle fotografieren die Strukturen nicht direkt, sondern berechnen deren Wahrscheinlichkeit aus den Echosignalen der Erdbebenwellen. Wie unerreichbar diese Tiefen für Werkzeuge sind, zeigt ein Blick nach Bayern: Selbst das Rekord-Bohrloch der Kontinentalen Tiefbohrung in der Oberpfalz reicht mit 9101 Metern nicht einmal an einen Bruchteil dieser Distanz heran.

Im Erdinneren verborgene Strukturen beeinflussen auch Vulkane

Wie diese Anomalien physikalisch genau beschaffen sind, bleibt Gegenstand wissenschaftlicher Hypothesen. Die Forscher vermuten vorsichtig sogenannte „thermochemische Haufen“. Diese könnten durch eine Kombination aus versunkenen Plattenresten, lokaler Teilschmelze, Mineralumwandlungen und Wechselwirkungen mit bekannten „Riesenblasen“ entstanden sein – den sogenannten Large Low-Shear-Velocity Provinces.

Solche verborgenen Strukturen beeinflussen nach Einschätzung der Wissenschaftler, wie sich der Mantel bewegt und wie heiß Magma unter Vulkanen wird. Damit könnten sie auch bestimmen, ob und wie heftig Eruptionen ausfallen. Weiterhin versprechen sie Aufschluss über die Entstehung der Plattentektonik und mögliche Ungleichgewichte im Erdmagnetfeld.

Wie Strömungen und Bewegungen im tiefen Erdmantel funktionieren, ist trotz moderner Messmethoden noch nicht vollständig geklärt. Die sechs neu identifizierten Regionen – darunter Gebiete in den hohen Breitengraden Eurasiens, in Zentralasien und im Südatlantik – stehen nun ganz oben auf der Liste für hochauflösende Folgestudien. (Quellen: Studie, eigene Recherche) (tab)