Scientists are listening in on earthquakes to create stunning marble-like simulations of Earth's interior. By recording seismic tremors, researchers are able to build a 3D picture of Earth's mantle - the layer between the crust and outer core. They do this by analysing the speed of the tremors, which travel rapidly through solid rock and slowly through molten magma. Computer simulations use the speed of seismic waves from earthquakes to reveal the existence of subterranean structures. In this view of the mantle below the Pacific Ocean, slower waves are shown in red and orange while faster waves are shown in green and blue . The Princeton team fed data from seismograms into a computer model, which then simulated each wave as it moves out from the epicenter. The resulting "synthetic seismograms" were compared to real seismograms, and the differences fed back into the model to improve it. The researchers do this repeatedly, comparing data with simulations and extracting differences. With each pass, they improve their model. In these images, slower waves are in red and orange, while faster vibrations are in green and blue. The 3D models were created by Princeton University's Professor Jeroen Tromp who is aiming to create a map of the entire mantle - down to a depth of 1,865 miles (3,000km) - by the end of the year. His team have been using the number-crunching capabilities of the Titan computer at the Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, which can handle 20 quadrillion calculations per second. Professor Tromp has so far looked at seismic waves from 3,000 quakes of magnitude 5.5 and greater, which were recorded at thousands of seismographic stations worldwide. These stations make recordings, or seismograms, that detail the movement produced by seismic waves, which typically travel at speeds of several miles per second and last several minutes. 'We are specifically interested in the structure of mantle upwellings and plumes,' said Professor Tromp, 'but much of it will be investigating the images for unusual features.' The resulting map could reveal the precise locations of tectonic plates, which can cause earthquakes when they move against each other. The images were created by Princeton University's Professor Jeroen Tromp who is aiming to create a 3D map of the entire mantle, down to a depth of 1,865 miles (3,000km), by the end of the year . A three-dimensional image showing contours of locations where seismic wave speeds are faster than average . The maps could also reveal the locations of magma that, if it comes to the surface, causes volcanic activity, the researchers said. Previous research on this has only used three types of seismic waves: primary or compressional waves, secondary or shear waves, and surface waves. Professor Tromp technique uses both waves that travel from the quake epicentre to the detector as well as those that travel from the detector to the quake – described as adjoint waves. The Titan computer simulates each wave as it propagates from the epicenter, and the resulting data is compared to real seismograms. The differences are then used by Titan to improve its model. Professor Tromp said: 'You don't know what it is you are looking for…that is the wonderful part of this project - waiting to see what we will discover.' This map shows relative variations in seismic shear wave speed at a depth of 241 miles (389 km). Blue colours denote faster than average wave speeds, and red colors denote slower than average wave speeds . The two panels on the right show a 746 miles (1,200 km) deep slice of the Earth taken from points B to b in Europe as shown in the left panel. A computer program designed by Tromp and his team compares real earthquake data to a computer-generated model, then uses any discrepancies to improve the model .
Scientists are mapping Earth's mantle between crust and outer core .
Team hope to create a 3D map of the entire mantle by end of the year .
The resulting map could reveal the precise locations of tectonic plates .
Speed of tremors reveals what type of material is beneath the surface .
Slower waves are red and orange, while faster ones are green and blue .
מדענים מקשיבים לרעידות אדמה כדי ליצור הדמיות מדהימות דמויות שיש של פנים כדור הארץ. באמצעות רישום רעידות סיסמיות, החוקרים מסוגלים לבנות תמונה תלת-ממדית של מעטפת כדור הארץ - השכבה שבין הקרום לליבה החיצונית. הם עושים זאת על ידי ניתוח מהירות הרעידות, אשר נעות במהירות דרך סלע מוצק ולאט דרך מאגמה מותכת. הדמיות מחשב משתמשות במהירות של גלים סיסמיים מרעידות אדמה כדי לחשוף את קיומם של מבנים תת קרקעיים. במבט זה של המעטפת מתחת לאוקיינוס ​​השקט, גלים איטיים יותר מוצגים באדום וכתום ואילו גלים מהירים יותר מוצגים בירוק ובכחול. צוות פרינסטון הזין נתונים מסייסמוגרמות למודל ממוחשב, אשר דימה כל גל כשהוא יוצא ממרכז המוקד. ה"סיסמוגרמות הסינתטיות" שהתקבלו הושוו לסייסמוגרמות אמיתיות, וההבדלים הוחזרו למודל כדי לשפר אותו. החוקרים עושים זאת שוב ושוב, משווים נתונים עם סימולציות ומוציאים הבדלים. עם כל מעבר, הם משפרים את המודל שלהם. בתמונות אלה, גלים איטיים יותר הם באדום וכתום, בעוד תנודות מהירות יותר הן בירוק ובכחול. המודלים התלת-ממדיים נוצרו על ידי פרופסור ג'רואן טרמפ מאוניברסיטת פרינסטון, אשר שואף ליצור מפה של כל המעטפת - עד לעומק של 1,865 מייל (3,000 ק"מ) - עד סוף השנה. הצוות שלו השתמש ביכולות מחיקת המספרים של מחשב טיטאן במעבדה הלאומית אוק רידג' בטנסי, שיכול להתמודד עם 20 קוודריליון חישובים בשנייה. פרופסור טרמפ בחן עד כה גלים סיסמיים מ-3,000 רעידות בעוצמה של 5.5 ומעלה, שתועדו באלפי תחנות סיסמוגרפיות ברחבי העולם. תחנות אלו מבצעות הקלטות, או סייסמוגרפיות, המפרטות את התנועה המופקת על ידי גלים סיסמיים, אשר נעים בדרך כלל במהירויות של מספר מיילים לשנייה ונמשכים מספר דקות. "אנחנו מתעניינים במיוחד במבנה של עליות המעטפת והנומרות", אמר פרופסור טרומפ, "אבל חלק ניכר ממנו יחקור את התמונות לאיתור מאפיינים חריגים." המפה שהתקבלה עשויה לחשוף את המיקומים המדויקים של לוחות טקטוניים, שעלולים לגרום לרעידות אדמה כאשר הם נעים זה כנגד זה. התמונות נוצרו על ידי פרופסור ג'רואן טרמפ מאוניברסיטת פרינסטון, אשר שואף ליצור מפה תלת-ממדית של כל המעטפת, עד לעומק של 1,865 מיילים (3,000 ק"מ), עד סוף השנה. תמונה תלת מימדית המציגה קווי מתאר של מיקומים שבהם מהירויות הגלים הסיסמיים גבוהות מהממוצע. המפות יכולות גם לחשוף את מיקומי המאגמה שאם היא מגיעה לפני השטח גורמת לפעילות געשית, אמרו החוקרים. מחקר קודם על זה השתמש רק בשלושה סוגים של גלים סייסמיים: גלים ראשוניים או דחיסה, גלים משניים או גזירה וגלים על פני השטח. טכניקת פרופסור טרומפ משתמשת הן בגלים הנעים ממוקד הרעידה אל הגלאי והן בגלים שנעים מהגלאי אל הרעידה - המתוארים כגלים סמוכים. מחשב טיטאן מדמה כל גל כשהוא מתפשט ממרכז הרעש, והנתונים המתקבלים מושווים לסייסמוגרמות אמיתיות. ההבדלים משמשים אז את טיטאן כדי לשפר את הדגם שלה. פרופסור טרמפ אמר: 'אתה לא יודע מה אתה מחפש... זה החלק הנפלא בפרויקט הזה - מחכה לראות מה נגלה'. מפה זו מציגה שינויים יחסיים במהירות גלי הגזירה הסיסמיים בעומק של 241 מייל (389 ק"מ). צבעים כחולים מציינים מהירויות גל מהירות מהממוצע, וצבעים אדומים מציינים מהירויות גל איטיות מהממוצע. שני הלוחות מימין מציגים פרוסה עמוקה של 746 מיילים (1,200 ק"מ) של כדור הארץ שנלקחה מנקודות B ל-b באירופה, כפי שמוצג בלוח השמאלי. תוכנית מחשב שתוכננה על ידי טרמפ וצוותו משווה נתוני רעידת אדמה אמיתיים למודל שנוצר על ידי מחשב, ולאחר מכן משתמשת בכל אי התאמה כדי לשפר את המודל.
מדענים ממפים את מעטפת כדור הארץ בין הקרום לליבה החיצונית.
הצוות מקווה ליצור מפה תלת מימדית של כל המעטפת עד סוף השנה.
המפה שהתקבלה יכולה לחשוף את המיקומים המדויקים של לוחות טקטוניים.
מהירות הרעידות חושפת איזה סוג של חומר נמצא מתחת לפני השטח.
גלים איטיים יותר הם אדומים וכתום, ואילו הגלים המהירים יותר הם ירוק וכחול.