In tegenstelling tot posters die je misschien aan de muur hebt zien hangen in wetenschappelijke gebouwen en klaslokalen, Lijun Liu, hoogleraar geologie in Illinois, weet dat het binnenste van de aarde niet als een ui is.

Terwijl de meeste leerboeken het buitenoppervlak van de aarde als de korst laten zien, het volgende innerlijke niveau als de mantel, en dan de meest binnenste laag als de kern, Liu zei dat de realiteit niet zo duidelijk is.

"Het is niet alleen in laagjes, omdat het binnenste van de aarde niet stationair is, ' zei Liu.

In feite, onder onze voeten is er tektonische activiteit waarvan veel wetenschappers zich bewust zijn, maar Liu en zijn team hebben een computermodel gemaakt om het beter te kunnen verklaren - een model dat zo effectief is dat onderzoekers denken dat het de potentie heeft om te voorspellen waar aardbevingen en vulkanen zullen plaatsvinden.

Met behulp van dit model, Liu, samen met promovendus Jiashun Hu, en Manuele Faccenda van de Universiteit van Padua in Italië, publiceerde onlangs een onderzoekspaper in het tijdschrift van Aardse en planetaire wetenschapsbrieven dat zich richt op de diepe mantel en de relatie met platentektoniek.

"Het is bekend dat er platentektoniek is die de evolutie van de aarde aandrijft, maar hoe dit proces precies werkt is niet helemaal duidelijk, " hij zei.

Liu en Hu keken specifiek naar het continent Zuid-Amerika om te bepalen welke tektonische factoren bijdragen aan de vervorming, of de evolutie, van de mantel.

Om deze vraag te beantwoorden, het team creëerde een datacentrisch model met behulp van de Blue Waters-supercomputer in het National Center for Supercomputing Applications in Illinois. De geavanceerde vierdimensionale datageoriënteerde geodynamische modellen behoren tot de eerste in hun soort.

"We zijn eigenlijk de eersten die data-assimilatiemodellen gebruiken bij het bestuderen van mantelvervorming, in een benadering die vergelijkbaar is met weersvoorspellingen, " zei Liu. "We proberen een systeemmodel te produceren dat tegelijkertijd voldoet aan alle waarnemingen die we hebben. We kunnen dan een beter begrip krijgen van dynamische processen van de evolutie van de aarde."

Hoewel er veel discussies zijn over hoe de interne evolutie van de aarde wordt aangedreven, het model dat door het team was gemaakt, leek een antwoord te vinden dat beter past bij de beschikbare waarnemingen en de onderliggende fysica. Het team ontdekte dat de zinkende plaat - een deel van de oceanische plaat dat onder een continentale plaat schuift - de dominante drijvende kracht is achter de vervorming van de mantel.

Eigenlijk, de actieve subductie van de plaat bepaalt de meeste andere processen die plaatsvinden als onderdeel van een kettingreactie. "Het resultaat is baanbrekend. De drijvende kracht achter mantelstroom is eigenlijk eenvoudiger dan mensen dachten, " zei Liu. "Het is het meest directe gevolg van platentektoniek. Wanneer de plaat subducteert, het controleert van nature alles eromheen. In zekere zin is dit elegant, omdat het eenvoudig is."

Door dit mechanisme van de evolutie van de aarde te begrijpen, het team kan betere voorspellingen doen over de beweging van de mantel en de lithosfeer, of korst.

Het team evalueerde vervolgens de voorspellingen van het model met behulp van andere gegevens. Hé, de hoofdauteur van het papier, zei dat door de voorspellingen te vergelijken met tektonische activiteiten zoals de vorming van bergen en vulkanen, er ontstond een duidelijke samenhang.

"We denken dat ons verhaal klopt, " zei Hu.

Bijgevolg, het model biedt ook interessant inzicht in de evolutie van continenten die teruggaat tot het Jura, toen dinosaurussen over de aarde zwierven op Pangaea, het enige continent op dat moment. Dit is nog steeds het lopende onderzoek van het team.

Liu zei dat in een apart artikel dat dezelfde simulatie gebruikt, uitgegeven door Liu en Hu in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven in 2016, het model gaf een nauwkeurige voorspelling waarom aardbevingen plaatsvinden op bepaalde locaties onder Zuid-Amerika. Hij legde uit dat aardbevingen niet gelijkmatig verspreid zijn binnen de subductieplaat, wat betekent dat er potentieel gebieden zijn waar een aardbeving meer of minder waarschijnlijk zal plaatsvinden.

"We ontdekten dat wanneer je een gebrek aan aardbevingen in een regio ziet, het komt overeen met een gat in de plaat, " zei Liu. "Vanwege de ontbrekende plaat in het gat, er is geen manier om aardbevingen te genereren, zodat we misschien kunnen weten waar meer aardbevingen zullen plaatsvinden."

Het model verklaarde ook waarom bepaalde vulkanen verder landinwaarts zouden kunnen bestaan ​​en verschillende samenstellingen hebben, ondanks de algemene gedachte dat vulkanen alleen langs de kust zouden moeten bestaan, als gevolg van water dat van de neergaande plaat komt. Zoals het model helpt verklaren, een vulkaan kan zich landinwaarts vormen als de plaat onder een kleinere hoek ondergaat, en een gat in de ondiepe plaat zorgt voor de vorming van een speciaal type magma door het smelten van de korst.

"Uiteindelijk zal dit model een veelbelovende manier zijn om de vraag op te lossen hoe en waarom continenten bewegen zoals ze doen, " zei Liu. "Het antwoord zou moeten afhangen van wat de mantel aan het doen is. Dit is een manier om de evolutie van de aarde veel beter te begrijpen."

Het team breidt het model momenteel uit om de hele wereld te analyseren.

"We kijken uit naar meer spannende resultaten, ' zei Liu.