I motsats till affischer har du kanske sett hängande på väggarna i vetenskapliga byggnader och klassrum, Lijun Liu, professor i geologi vid Illinois, vet att jordens inre inte är som en lök.

Medan de flesta läroböcker visar jordens yttre yta som skorpan, nästa inre nivå som manteln, och sedan det mest inre skiktet som kärnan, Liu sa att verkligheten inte är lika tydlig.

"Det är inte bara i lager, eftersom jordens inre inte är stillastående, "Sa Liu.

Faktiskt, under våra fötter finns det tektonisk aktivitet som många forskare har varit medvetna om, men Liu och hans team har skapat en datormodell för att bättre förklara den - en modell så effektiv att forskare tror att den har potential att förutsäga var jordbävningar och vulkaner kommer att inträffa.

Med denna modell, Liu, tillsammans med doktoranden Jiashun Hu, och Manuele Faccenda från University of Padua i Italien, publicerade nyligen en forskningsartikel i tidskriften Earth and Planetary Science Letters som fokuserar på den djupa manteln och dess relation till plåttektonik.

"Det är välkänt att det finns platttektonik som driver jordens utveckling, men exakt hur denna process fungerar är inte helt klart, " han sa.

Liu och Hu tittade specifikt på kontinenten i Sydamerika för att avgöra vilka tektoniska faktorer som bidrar till deformationen, eller utvecklingen, av manteln.

För att svara på denna fråga, laget skapade en datacentrisk modell med hjälp av Blue Waters superdator på National Center for Supercomputing Applications i Illinois. De sofistikerade fyrdimensionella dataorienterade geodynamiska modellerna är bland de första i sitt slag.

"Vi är faktiskt de första som använder dataassimilationsmodeller för att studera manteldeformation, i ett tillvägagångssätt som liknar väderprognoser, "Liu sa." Vi försöker ta fram en systemmodell som samtidigt uppfyller alla observationer vi har. Vi kan då få en bättre förståelse för dynamiska processer för jordens evolution. "

Även om det finns många debatter om hur jordens inre utveckling drivs, modellen som teamet skapade tycktes hitta ett svar som bättre passar tillgängliga observationer och underliggande fysik. Teamet fann att den subdukterande plattan - en del av den oceaniska plattan som glider under en kontinental platta - är den dominerande drivkraften bakom deformationen av manteln.

Väsentligen, den aktiva subduktionen av plattan bestämmer de flesta andra processer som sker som en del av en kedjereaktion. "Resultatet är spelförändrande. Drivkraften i mantelflödet är faktiskt enklare än folk trodde, "Liu sa." Det är den mest direkta konsekvensen av platttektonik. När plattan subducerar, den styr naturligtvis allt som omger den. På ett sätt är detta elegant, för det är enkelt. "

Genom att förstå denna mekanism för jordens evolution, laget kan göra bättre förutsägelser om mantelns och litosfärens rörelse, eller skorpa.

Teamet utvärderade sedan modellens förutsägelser med hjälp av annan data. Hu, huvudförfattaren på tidningen, sade att genom att jämföra förutsägelserna med tektoniska aktiviteter som bildandet av berg och vulkaner, en tydlig konsistens framkom.

"Vi tycker att vår historia är korrekt, "Sa Hu.

Följaktligen, modellen ger också intressant inblick i utvecklingen av kontinenter så långt tillbaka som i jura, när dinosaurier vandrade runt jorden på Pangea, den enda kontinenten vid den tiden. Detta är fortfarande teamets pågående forskning.

Liu sa att i ett separat papper som använder samma simulering, utgiven av Liu och Hu i Earth and Planetary Science Letters 2016, modellen gav en exakt förutsägelse för varför jordbävningar inträffar på särskilda platser under Sydamerika. Han förklarade att jordbävningar inte är jämnt spridda i den subdukterande plattan, vilket innebär att det finns potentiellt områden där en jordbävning är mer eller mindre sannolikt att inträffa.

"Vi fann att när du ser brist på jordbävningar i en region, det motsvarar ett hål i plattan, "Sa Liu." På grund av den saknade plattan i hålet, det finns inget sätt att generera jordbävningar, så vi kanske kan veta var fler jordbävningar kommer att äga rum. "

Modellen förklarade också varför vissa vulkaner kan finnas längre in i landet och ha olika kompositioner, trots den vanliga tanken att vulkaner enbart bör finnas längs kusten, som ett resultat av att vatten kommer från den nedåtgående plattan. Som modellen hjälper till att förklara, en vulkan kan bildas inåt landet om plattan subducerar i en grundare vinkel, och ett hål i den grunda plattan möjliggör att en speciell typ av magma bildas genom smältning av skorpan.

"I slutändan kommer denna modell att ge ett lovande sätt att lösa frågan om hur och varför kontinenter rör sig som de gör, "Liu sa." Svaret bör bero på vad manteln gör. Detta är ett sätt att mycket bättre förstå jordens utveckling. "

Teamet utökar för närvarande modellen för att analysera hela världen.

"Vi ser fram emot fler spännande resultat, "Sa Liu.