Modele komputerowe potwierdzają, że afrykański Superpióropusz jest odpowiedzialny za niezwykłe deformacje, jak również równoległą do szczelin anizotropię sejsmiczną obserwowaną pod systemem szczelin wschodnioafrykańskich.
W szczelinach kontynentalnych istnieje mieszanka rozciągania i pękania, która sięga głęboko w Ziemię, powiedziała geofizyk D. Sarah Stamps. Ryft kontynentalny obejmuje rozciąganie litosfery – najbardziej zewnętrznej, sztywnej warstwy Ziemi. Gdy litosfera się rozrzedza, jej płytkie obszary doświadczają kruchych deformacji, z pękaniem skał i trzęsieniami ziemi.
Stamps, który bada te procesy za pomocą modelowania komputerowego i GPS do mapowania ruchów powierzchni z milimetrową precyzją, porównuje różne style deformacji kontynentu z zabawą Silly Putty.
„Jeśli uderzysz Silly Putty młotkiem, może faktycznie pęknąć i pęknąć” – powiedział Stamps, profesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk o Ziemi, będący częścią Virginia Tech College of Science. „Ale jeśli powoli ją rozłożysz, Silly Putty się rozciągnie. Tak więc w różnych skalach czasowych litosfera ziemska zachowuje się na różne sposoby”.
Niezależnie od tego, czy chodzi o rozciąganie, czy pękanie, deformacja związana z ryftem kontynentalnym zwykle przebiega zgodnie z przewidywalnymi wzorcami kierunkowymi w stosunku do ryftu: deformacja ma tendencję do prostopadłości do ryftu. System szczelin wschodnioafrykańskich, największy kontynentalny system szczelin na Ziemi, ma te prostopadłe deformacje. Ale po ponad 12-letnim pomiarze systemu szczelin za pomocą instrumentów GPS, Stamps zaobserwował również deformację, która przebiegała w przeciwnym kierunku, równolegle do szczelin systemu. Jej zespół z Geodesy and Tectonophysics Labhas pracował, aby dowiedzieć się, dlaczego.
W niedawnym badaniu opublikowanym w „Journal of Geophysical Research” zespół zbadał procesy stojące za systemem szczelin wschodnioafrykańskich przy użyciu modelowania termomechanicznego 3D opracowanego przez pierwszego autora badania, Tahiry’ego Rajaonarisona, badacza ze stopniem doktora w New Mexico Tech, który uzyskał stopień doktora. w Virginia Tech jako członek laboratorium Stamps. Jego modele pokazały, że niezwykła, równoległa do szczelin deformacja systemu szczelin jest napędzana przez przepływ płaszcza na północ związany z afrykańskim superpióropuszem, masowym upwellingiem płaszcza, który wznosi się z głębi Ziemi pod południowo-zachodnią Afryką i idzie na północny wschód przez kontynent, stając się bardziej płytki ponieważ rozciąga się na północ.
Ich odkrycia, w połączeniu ze spostrzeżeniami z badania, które naukowcy opublikowali w 2021 roku przy użyciu technik modelowania Rajaonarisona, mogą pomóc w wyjaśnieniu naukowej debaty na temat tego, które siły napędzające płyty dominują w systemie szczelin wschodnioafrykańskich, odpowiadając zarówno za deformację prostopadłą do szczeliny, jak i równoległą do szczeliny : litosferyczne siły wyporu, siły rozciągające płaszcza lub oba.
Jako naukowiec ze stopniem doktora, Stamps zaczął obserwować niezwykłe, równoległe do szczelin odkształcenie Systemu Szczelin Wschodnioafrykańskich, korzystając z danych ze stacji GPS, które mierzyły 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 szczelin.
Niektórzy naukowcy uważają, że ryft w Afryce Wschodniej jest napędzany głównie litosferycznymi siłami wyporu, które są stosunkowo płytkimi siłami przypisywanymi głównie wysokiej topografii systemu szczelin, znanej jako afrykański superswell, oraz zmianom gęstości w litosferze. Inni wskazują na poziome siły pociągowe płaszcza, głębsze siły wynikające z interakcji z płaszczem przepływającym poziomo pod Afryką Wschodnią, jako główny czynnik napędzający.
Badanie zespołu z 2021 r. wykazało za pomocą symulacji obliczeniowych 3D, że szczelina i jej deformacja mogą być napędzane przez połączenie tych dwóch sił. Ich modele pokazały, że litosferyczne siły wyporu były odpowiedzialne za bardziej przewidywalne odkształcenie prostopadłe do szczeliny, ale siły te nie mogły wyjaśnić anomalnej, równoległej do szczeliny deformacji wykrytej przez pomiary GPS Stamps.
W swoim nowo opublikowanym badaniu Rajaonarison ponownie wykorzystał trójwymiarowe modelowanie termomechaniczne, tym razem skupiając się na źródle równoległych do szczelin deformacji. Jego modele potwierdzają, że afrykański Superpióropusz jest odpowiedzialny za niezwykłe deformacje, jak również równoległą do szczelin anizotropię sejsmiczną obserwowaną 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 północnego przepływu płaszcza afrykańskiego superpióropuszu, co sugeruje, że przepływ płaszcza jest ich źródłem.
„Mówimy, że przepływ płaszcza nie kieruje niektórymi deformacjami w kierunku wschód-zachód, prostopadle do szczeliny, ale może powodować anomalne deformacje w kierunku północnym, równolegle do szczeliny” – powiedział Rajaonarison. „Potwierdziliśmy wcześniejsze domysły, że siły wyporu litosfery napędzają szczelinę, ale wnosimy nowy wgląd w to, że w Afryce Wschodniej mogą wystąpić anomalne deformacje”.
Dowiedzenie się więcej o procesach związanych z pękaniem kontynentów, w tym tych anomalnych, pomoże naukowcom zrozumieć złożoność rozpadu kontynentu, którego próbowali od dziesięcioleci. „Jesteśmy podekscytowani tym wynikiem modelowania numerycznego dr Rajaonarisona, ponieważ dostarcza on nowych informacji o złożonych procesach, które kształtują powierzchnię Ziemi poprzez ryft kontynentalny” – powiedział Stamps.