Vědci odhalili zdroj neobvyklé deformace v největší kontinentální trhlině na Zemi

Počítačové simulace potvrzují, že africký superelement způsobuje neobvyklé deformace a seismickou anizotropii paralelně s poruchou zjištěnou pod východoafrickým systémem Rift.

Geofyzik Dr. Tento proces souvisí s prodlužováním litosféry, tvrdé vnější vrstvy Země. Jak se litosféra stává těsnější, horní části litosféry podléhají křehkým změnám, což vede k prasklinám ve skalách a zemětřesením.

Stamp, který tyto procesy studuje pomocí počítačového modelování a GPS Aby zmapoval pohyby povrchu s milimetrovou přesností, porovnává různé deformační vzorce trhlinového kontinentu hraním s hloupým tmelem.

„Pokud kladivem udeříte do tmelu na celulitidu, může prasknout a zlomit se,“ řekl Stamps, docent na katedře věd o Zemi, který je součástí Virginia Tech’s College of Science. „Ale když ho uvolníte pomalu, ten hloupý tmel se roztáhne. Takže v různých časových měřítcích se zemská litosféra chová různými způsoby.“

Ať už se natahuje nebo láme, deformace, která přichází s kontinentální trhlinou, obvykle sleduje předvídatelné směrové vzorce s ohledem na trhlinu: deformace má tendenci být kolmá k trhlině. Východoafrický riftový systém, největší kontinentální riftový systém na Zemi, má tyto vertikální deformace. Po více než 12 letech měření poruchového systému pomocí GPS přístrojů si však Stamps také všiml deformace jdoucí opačným směrem, souběžně s poruchami systému. Její tým v Laboratoři geodézie a tektonické fyziky se snažil zjistit proč.

V nedávné studii publikované v Journal of Geophysical Research, tým prozkoumal procesy za východoafrickým systémem Rift pomocí 3D tepelného modelování vyvinutého prvním autorem studie Tahirim Rajaonarissonem, postdoktorandem na New Mexico Tech, který získal titul Ph.D. ve Virginia Tech jako člen Stamps Lab. Jeho modely ukázaly, že rovnoběžná riftová deformace riftového systému je řízena severním tokem pláště spojeným s povrchem Velké Afriky, masivním zdvihem pláště, který stoupá z hlubin Země pod jihozápadní Afrikou a rozšiřuje se na severovýchod přes kontinent, stává se mělčím. . Protože se táhne na sever.

Jejich zjištění v kombinaci s poznatky ze studie, kterou vědci publikovali v roce 2021 pomocí modelovacích technik Rajaonarisson, by mohly pomoci objasnit vědeckou debatu o tom, které hnací síly desek dominují ve východoafrickém Rift System, což vysvětluje jak kolmou deformaci, tak paralelní rifting. Vztlakové síly v litosféře, odporové síly v plášti nebo obojí.

Jako postdoktorand začal Stamps pozorovat neobvyklou, paralelní riftingovou deformaci východoafrického systému pomocí dat ze stanic GPS, které měří signály z více než 30 satelitů obíhajících Zemi ze vzdálenosti asi 25 000 kilometrů. Její pozorování přidalo vrstvu složitosti do debaty o tom, co pohání poruchový systém.

Někteří vědci se domnívají, že východoafrický rift je primárně poháněn vztlakovými silami v litosféře, což jsou relativně mělké síly připisované především vysoké topografii riftového systému, známého jako africký Superwell, a rozdílům v hustotě v litosféře. Jiní poukazují na horizontální odporové síly pláště, hlubší síly vznikající z interakcí s vodorovně plynoucím pláštěm pod východní Afrikou, jako základní hnací síla.

tým Studie 2021 Pomocí 3D počítačových simulací zjistil, že trhlina a její deformace mohou být poháněny kombinací těchto dvou sil. Jejich modely ukázaly, že vztlakové síly v litosféře byly zodpovědné za předvídatelnější vertikální deformaci trhliny, ale tyto síly nemohou vysvětlit anomální deformaci paralelní s poruchou zachycenou měřeními GPS Stamps.

Ve své nově publikované studii Rajaonarison opět použil 3D termomechanické modelování, tentokrát se zaměřil na zdroj deformací rovnoběžných s trhlinou. Jeho modely potvrzují, že africký superoblak je zodpovědný za neobvyklé deformace a také seismickou anizotropii paralelní k poruchám pozorovaným pod východoafrickým systémem Rift.

Seismická anizotropie je orientace nebo zarovnání hornin ve specifickém směru v reakci na tok pláště, taveniny nebo již existující strukturální tkaniny v litosféře, řekl Stamps. V tomto případě skalní zarovnání sledovalo severní směr velkého toku afrického pláště, což naznačuje tok pláště jako jeho zdroj.

„Říkáme, že proudění pláště nepohání východo-západní ortogonální trhlinu nějaké deformace, ale může způsobit anomální deformaci na sever paralelně s trhlinou,“ řekl Rajaonarisson. „Potvrdili jsme předchozí myšlenky, že vztlakové síly v litosféře řídí trhlinu, ale poskytujeme nový pohled na to, že ve východní Africe může dojít k abnormální deformaci.“

Vědět více o procesech spojených s kontinentálním riftingem, včetně těch anomálních, pomůže vědcům rozmotat složitost za rozpadem kontinentu, o což se po desetiletí pokoušeli. „Jsme nadšeni tímto výsledkem numerického modelování Dr. Rajaonarisona, protože poskytuje nové informace o složitých procesech, které formují zemský povrch prostřednictvím kontinentální trhliny,“ řekl Stamps.

Odkaz: „Geodynamické zkoumání litosférických a perových interakcí pod východoafrickým riftem“ od Taheri A. Rajaonarison a Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled a Emmanuelle A. Journal of Geophysical Research, Solid Earth.
doi: 10.1029/2022JB025800