Naukowcy odkryli źródło niezwykłej deformacji w największej szczelinie kontynentalnej na Ziemi

Symulacje komputerowe potwierdzają, że afrykański superpierwiastek powoduje niezwykłe deformacje i anizotropię sejsmiczną równolegle do uskoku wykrytego pod systemem szczelin wschodnioafrykańskich.

geofizyk dr. Proces ten związany jest z wydłużaniem się litosfery, twardej zewnętrznej warstwy Ziemi. Gdy litosfera staje się ciaśniejsza, górne partie litosfery ulegają kruchym zmianom, co prowadzi do pęknięć w skałach i trzęsień ziemi.

Stamp, który bada te procesy za pomocą modelowania komputerowego i GPS Aby odwzorować ruchy powierzchni z milimetrową precyzją, porównuje różne wzorce deformacji pękającego kontynentu, bawiąc się głupią szpachlą.

„Jeśli uderzysz młotkiem kit celulitowy, może pęknąć i pęknąć” – powiedział Stamps, profesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk o Ziemi, część Virginia Tech’s College of Science. „Ale jeśli poluzujesz to powoli, głupi kit się rozszerzy. Tak więc w różnych skalach czasowych litosfera ziemska zachowuje się na różne sposoby.”

Niezależnie od tego, czy rozszerza się, czy pęka, deformacja towarzysząca szczelinie kontynentalnej zwykle przebiega zgodnie z przewidywalnymi wzorcami kierunkowymi w odniesieniu do szczeliny: deformacja jest zwykle prostopadła do szczeliny. Wschodnioafrykański system ryftowy, największy kontynentalny system ryftowy na Ziemi, ma takie pionowe deformacje. Jednak po ponad 12-letnim pomiarze systemu błędów za pomocą przyrządów GPS, Stamps zauważył również odkształcenie idące w przeciwnym kierunku, równolegle do błędów systemu. Jej zespół z Laboratorium Geodezji i Fizyki Tektonicznej pracował nad ustaleniem przyczyny.

Adiunkt dr hab. Sarah Znaczki. Źródło: Virginia Tech

W niedawnym badaniu opublikowanym w Dziennik badań geofizycznych, zespół zbadał procesy stojące za systemem szczelin wschodnioafrykańskich za pomocą modelowania termicznego 3D opracowanego przez pierwszego autora badania, Tahiri Rajaonarissona, badacza ze stopniem doktora w New Mexico Tech, który uzyskał stopień doktora. w Virginia Tech jako członek Stamps Lab. Jego modele pokazały, że równoległa deformacja systemu szczelin jest napędzana przez przepływ płaszcza na północ związany z Wielką Powierzchnią Afrykańską, masowym wypiętrzeniem płaszcza wznoszącym się z głębin Ziemi poniżej południowo-zachodniej Afryki i rozciągającym się na północny wschód przez kontynent, stając się płytszy . Ponieważ rozciąga się na północ.

Ich odkrycia, w połączeniu ze spostrzeżeniami z badania, które naukowcy opublikowali w 2021 r. przy użyciu technik modelowania Rajaonarissona, mogą pomóc wyjaśnić naukową debatę na temat tego, które siły napędowe płyt dominują w systemie szczelin wschodnioafrykańskich, co wyjaśnia zarówno prostopadłe odkształcenie, jak i równoległe szczeliny. Siły wyporu w litosferze, siły oporu w płaszczu lub jedno i drugie.

Jako naukowiec ze stopniem doktora, Stamps zaczął obserwować niezwykłą, równoległą deformację systemu wschodnioafrykańskiego, korzystając z danych ze stacji GPS, które mierzą sygnały z ponad 30 satelitów krążących wokół Ziemi z odległości około 25 000 kilometrów. Jej obserwacje dodały warstwę złożoności do debaty na temat tego, co napędza system błędów.

Niektórzy naukowcy wysuwają teorię, że szczelina wschodnioafrykańska jest napędzana głównie przez siły wyporu w litosferze, które są stosunkowo płytkimi siłami przypisywanymi głównie wysokiej topografii systemu szczelin, znanej jako African Superwell, oraz różnicom gęstości w litosferze. Inni wskazują na poziome siły oporu płaszcza, głębsze siły wynikające z interakcji z poziomo przepływającym płaszczem pod Afryką Wschodnią, jako podstawową siłę napędową.

drużyna Badanie 2021 Dzięki symulacjom komputerowym 3D odkrył, że pęknięcie i jego odkształcenie mogą być spowodowane kombinacją tych dwóch sił. Ich modele pokazały, że siły wyporu w litosferze były odpowiedzialne za bardziej przewidywalne odkształcenie pionowego pęknięcia, ale siły te nie mogą wyjaśnić anomalnego odkształcenia równoległego do uskoku zarejestrowanego przez pomiary GPS Stamps.

W swoim nowo opublikowanym badaniu Rajaonarison ponownie wykorzystał trójwymiarowe modelowanie termomechaniczne, tym razem skupiając się na źródle odkształceń równoległych do pęknięcia. Jego modele potwierdzają, że afrykański super pióropusz jest odpowiedzialny za niezwykłe deformacje, jak również anizotropię sejsmiczną równoległą do uskoków obserwowanych pod systemem szczelin wschodnioafrykańskich.

Anizotropia sejsmiczna to orientacja lub ustawienie skał w określonym kierunku w odpowiedzi na przepływ płaszcza, kieszenie stopione lub istniejące wcześniej tkaniny strukturalne w litosferze, powiedział Stamps. W tym przypadku wyrównanie skał było zgodne z kierunkiem północnym dużego przepływu płaszcza afrykańskiego, wskazując na przepływ płaszcza jako jego źródło.

„Mówimy, że przepływ płaszcza nie napędza ortogonalnej szczeliny ze wschodu na zachód, ale może powodować anomalne deformacje w kierunku północnym równolegle do szczeliny” – powiedział Rajaonarisson. „Potwierdziliśmy wcześniejsze domysły, że siły wyporu w litosferze napędzają szczelinę, ale zapewniamy nowy wgląd w to, że w Afryce Wschodniej mogą wystąpić nienormalne deformacje”.

Wiedza o procesach związanych z pękaniem kontynentów, w tym o procesach anomalnych, pomoże naukowcom rozwikłać złożoność rozpadu kontynentów, czego próbowali od dziesięcioleci. „Jesteśmy podekscytowani tym wynikiem modelowania numerycznego dr Rajaonarisona, ponieważ dostarcza on nowych informacji na temat złożonych procesów, które kształtują powierzchnię Ziemi poprzez ryft kontynentalny” – powiedział Stamps.

Odniesienie: „Geodynamiczne badanie interakcji litosfery i piór poniżej szczeliny wschodnioafrykańskiej” autorstwa Taheri A. Rajaonarisona i dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled i Emmanuelle A. Journal of Geophysical Research, Solid Earth.
doi: 10.1029/2022JB025800