Wetenschappers hebben de bron van ongebruikelijke vervorming in de grootste continentale kloof van de aarde ontdekt

Computersimulaties bevestigen dat het Afrikaanse superelement ongebruikelijke vervormingen en seismische anisotropie veroorzaakt parallel aan de fout die is gedetecteerd onder het Oost-Afrikaanse Rift System.

Geofysicus dr. Dit proces heeft betrekking op de verlenging van de lithosfeer, de harde buitenste laag van de aarde. Naarmate de lithosfeer strakker wordt, ondergaan de bovenste delen van de lithosfeer brosse veranderingen, wat leidt tot breuken in de rotsen en aardbevingen.

Stamp, die deze processen bestudeert met behulp van computermodellering en GPS Om oppervlaktebewegingen met millimeterprecisie in kaart te brengen, vergelijkt hij de verschillende vervormingspatronen van het zich verscheurende continent door te spelen met domme stopverf.

“Als je met een hamer op cellulitisplamuur slaat, kan het barsten en breken”, zegt Stamps, universitair hoofddocent bij het Department of Earth Sciences, onderdeel van Virginia Tech’s College of Science. “Maar als je het langzaam losmaakt, zet de malle stopverf uit. Dus op verschillende tijdschalen gedraagt ​​de lithosfeer van de aarde zich op verschillende manieren.”

Of het nu gaat om uitzetten of breken, de vervorming die gepaard gaat met een continentale breuk volgt meestal voorspelbare richtingspatronen met betrekking tot de breuk: de vervorming neigt loodrecht op de breuk te staan. Het Oost-Afrikaanse Rift System, het grootste continentale riftsysteem op aarde, heeft die verticale vervormingen. Maar na meer dan 12 jaar het foutensysteem met GPS-instrumenten te hebben gemeten, merkte Stamps ook een vervorming op die in de tegenovergestelde richting ging, parallel aan de fouten van het systeem. Haar team van het Laboratorium voor Geodesie en Tektonische Fysica probeerde uit te vinden waarom.

Universitair Docent dr. Sarah Postzegels. Krediet: Virginia Tech

In een recente studie gepubliceerd in Tijdschrift voor geofysisch onderzoek, onderzocht het team de processen achter het Oost-Afrikaanse Rift-systeem met behulp van 3D thermische modellering, ontwikkeld door de eerste auteur van het onderzoek, Tahiri Rajaonarisson, een postdoctoraal onderzoeker bij New Mexico Tech die een Ph.D. bij Virginia Tech als lid van het Stamps Lab. Zijn modellen toonden aan dat de parallel-rift deformatie van het rift-systeem wordt aangedreven door de noordwaartse mantelstroom geassocieerd met het Great African Surface, een enorme mantelopheffing die oprijst vanuit de diepten van de aarde onder Zuidwest-Afrika en zich in noordoostelijke richting uitstrekt over het continent, en ondieper wordt. . Omdat het zich naar het noorden uitstrekt.

Hun bevindingen, gecombineerd met inzichten uit een studie die de onderzoekers in 2021 publiceerden met behulp van Rajaonarisson-modelleringstechnieken, zouden kunnen helpen het wetenschappelijke debat te verduidelijken over welke plaatdrijvende krachten het Oost-Afrikaanse Rift-systeem domineren, wat zowel loodrechte vervorming als parallelle rifting verklaart. De drijfkrachten in de lithosfeer, de sleepkrachten in de mantel, of beide.

Als postdoctoraal onderzoeker begon Stamps met het observeren van de ongewone, parallelle scheurende vervorming van het Oost-Afrikaanse systeem met behulp van gegevens van GPS-stations die signalen meten van meer dan 30 satellieten die in een baan om de aarde draaien, op ongeveer 25.000 kilometer afstand. Haar observaties hebben een laag complexiteit toegevoegd aan het debat over wat het foutensysteem aandrijft.

Sommige wetenschappers theoretiseren dat de Oost-Afrikaanse Rift voornamelijk wordt aangedreven door drijfkrachten in de lithosfeer, relatief ondiepe krachten die voornamelijk worden toegeschreven aan de hoge topografie van het kloofsysteem, bekend als de African Superwell, en aan dichtheidsverschillen in de lithosfeer. Anderen wijzen op horizontale mantelweerstandskrachten, de diepere krachten die voortkomen uit interacties met de horizontaal vloeiende mantel onder Oost-Afrika, als de onderliggende drijfveer.

het team Studie 2021 Hij ontdekte door middel van 3D-computersimulaties dat de scheur en de vervorming ervan konden worden veroorzaakt door een combinatie van de twee krachten. Hun modellen toonden aan dat opwaartse krachten in de lithosfeer verantwoordelijk waren voor de meer voorspelbare verticale scheurvervorming, maar deze krachten kunnen de abnormale vervorming parallel aan de fout die door de GPS-metingen van Stamps wordt vastgelegd, niet verklaren.

In hun nieuw gepubliceerde studie gebruikte Rajaonarison opnieuw thermische 3D-modellering, dit keer om zich te concentreren op de bron van vervormingen parallel aan de scheur. Zijn modellen bevestigen dat de Afrikaanse superpluim verantwoordelijk is voor de ongebruikelijke vervormingen en de seismische anisotropie parallel aan de breuken die worden waargenomen onder het Oost-Afrikaanse Rift System.

Seismische anisotropie is de oriëntatie of uitlijning van rotsen in een specifieke richting als reactie op mantelstroom, smeltzakken of reeds bestaande structurele weefsels in de lithosfeer, zei Stamps. In dit geval volgde de uitlijning van de rotsen de richting van de massale Afrikaanse mantelstroom naar het noorden, wat duidt op mantelstroom als bron.

“We zeggen dat mantelstroom niet de oost-west, orthogonale kloof van een bepaalde vervorming aandrijft, maar een abnormale noordwaartse vervorming parallel aan de kloof kan veroorzaken”, zei Rajaonarisson. “We hebben eerdere ideeën bevestigd dat opwaartse krachten in de lithosfeer de breuk veroorzaken, maar we bieden nieuw inzicht dat abnormale vervorming kan optreden in Oost-Afrika.”

Meer weten over de processen die betrokken zijn bij continentale rifting, inclusief de afwijkende, zal wetenschappers helpen de complexiteit achter het uiteenvallen van continenten te ontwarren, iets wat ze al tientallen jaren proberen. “We zijn enthousiast over dit resultaat van Dr. Rajaonarison’s numerieke modellering omdat het nieuwe informatie geeft over de complexe processen die het aardoppervlak vormen door continentale rifting,” zei Stamps.

Referentie: “Een geodynamisch onderzoek van lithosferische en veerinteracties onder de Oost-Afrikaanse kloof” door Taheri A. Rajaonarisson en Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled en Emmanuelle A. Journal of geofysisch onderzoek, vaste aarde.
doi: 10.1029/2022JB025800