ШІ вперше відновив приховану історію руху мантії Землі

Мантія — це велетенський шар гірських порід, що простягається між земною корою та ядром. Вона займає понад 80% об'єму нашої планети, але рухається напрочуд повільно — лише кілька сантиметрів на рік. Саме ця повільна циркуляція визначає тектоніку плит, а відтак впливає на землетруси та вулканічну активність.

Проблема в тому, що безпосередньо спостерігати за глибокими шарами Землі вчені не можуть. Доводиться покладатися на непрямі свідчення: геологічні сліди давніх переміщень поверхні та сейсмічні дані. Але відтворити не сучасний стан мантії, а її рух у минулому — завдання значно складніше. Саме його спробував розв'язати дослідник з Університету Цукуби.

Секрет — у фізично інформованій нейронній мережі, або скорочено PINN. Від звичайних нейромереж вона відрізняється тим, що не просто вчиться знаходити закономірності в даних. Модель зобов'язана дотримуватися фізичних законів, зокрема рівнянь перенесення тепла та руху речовини. Це дозволяє поєднати силу машинного навчання з фундаментальними принципами фізики — особливо цінно там, де спостережень бракує.

Спочатку вчений не використовував реальні дані Землі. Він створив комп'ютерні симуляції двовимірної теплової конвекції мантії, які стали еталоном для перевірки. Потім моделі надали штучні спостереження, що імітували рух мантії поблизу поверхні, та інформацію про сучасний розподіл температури всередині неї. Ключову частину даних навмисно приховали: ШІ не отримав відомостей про температурний стан мантії в минулому та рух речовини в глибоких шарах.

Попри це, алгоритм зумів відновити приховані параметри з високою точністю. Він фактично використав доступні непрямі ознаки, щоб реконструювати процеси, які неможливо спостерігати безпосередньо. Це доводить: поєднання різних типів геофізичної інформації може стати ключем до відновлення реалістичної історії конвекції мантії.

Чому це важливо? Розуміння минулого руху мантії допомагає пояснити сучасний стан планети та геологічні процеси на її поверхні. Традиційні методи обмежені — люди не можуть зазирнути на великі глибини чи простежити рух мантії протягом мільйонів років. Новий підхід дозволяє зібрати розрізнені непрямі свідчення в єдину фізично узгоджену модель.

Поки що метод перевіряли лише на синтетичних даних, тож повну історію реальної мантії вчені ще не отримали. Наступний крок — застосування підходу до справжніх геофізичних спостережень. Якщо точність збережеться в реальних умовах, дослідники зможуть краще зрозуміти, як змінювалися надра планети впродовж часу.

ШІ тут не просто аналізує великі масиви даних. Він намагається відновити те, чого немає в спостереженнях безпосередньо, використовуючи фізичні закони як додатковий орієнтир. Це відкриває новий спосіб досліджувати процеси, що відбуваються глибоко під поверхнею Землі.