Οι επιστήμονες ανακάλυψαν την πηγή της ασυνήθιστης παραμόρφωσης στο μεγαλύτερο ηπειρωτικό ρήγμα της Γης

Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή επιβεβαιώνουν ότι το αφρικανικό υπερστοιχείο προκαλεί ασυνήθιστες παραμορφώσεις και σεισμική ανισοτροπία παράλληλα με το ρήγμα που ανιχνεύθηκε κάτω από το Σύστημα Ρήγματος της Ανατολικής Αφρικής.

Ο Γεωφυσικός Δρ. Αυτή η διαδικασία σχετίζεται με την επιμήκυνση της λιθόσφαιρας, του σκληρού εξωτερικού στρώματος της Γης. Καθώς η λιθόσφαιρα γίνεται πιο σφιχτή, τα ανώτερα μέρη της λιθόσφαιρας υφίστανται εύθραυστες αλλαγές, οι οποίες οδηγούν σε ρωγμές βράχων και σεισμούς.

Stamp, που μελετά αυτές τις διαδικασίες χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση υπολογιστή και GPS Για να χαρτογραφήσει τις επιφανειακές κινήσεις με ακρίβεια χιλιοστού, συγκρίνει τα διαφορετικά μοτίβα παραμόρφωσης της ηπείρου ριφτών παίζοντας με ανόητο στόκο.

«Αν χτυπήσετε τον στόκο κυτταρίτιδας με ένα σφυρί, μπορεί να σπάσει και να σπάσει», είπε ο Στάμπς, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Επιστημών της Γης, μέρος του Κολλεγίου Επιστημών της Βιρτζίνια Tech. “Αλλά αν το χαλαρώσετε αργά, ο ανόητος στόκος διαστέλλεται. Έτσι σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες, η λιθόσφαιρα της Γης συμπεριφέρεται με διαφορετικούς τρόπους.”

Είτε διαστέλλεται είτε σπάει, η παραμόρφωση που συνοδεύει ένα ηπειρωτικό ρήγμα συνήθως ακολουθεί προβλέψιμα κατευθυντικά μοτίβα σε σχέση με το ρήγμα: η παραμόρφωση τείνει να είναι κάθετη στο ρήγμα. Το ανατολικό αφρικανικό σύστημα ρήγματος, το μεγαλύτερο σύστημα ηπειρωτικών ρήξεων στη Γη, έχει αυτές τις κάθετες παραμορφώσεις. Αλλά μετά από μέτρηση του συστήματος σφάλματος με όργανα GPS για περισσότερα από 12 χρόνια, ο Stamps παρατήρησε επίσης μια παραμόρφωση που πήγαινε προς την αντίθετη κατεύθυνση, παράλληλα με τα σφάλματα του συστήματος. Η ομάδα της στο Εργαστήριο Γεωδαισίας και Τεκτονικής Φυσικής εργάστηκε για να ανακαλύψει γιατί.

Ο Επίκουρος Καθηγητής Δρ. Sarah Stamps. Πίστωση: Virginia Tech

Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research, η ομάδα διερεύνησε τις διεργασίες πίσω από το Σύστημα Rift της Ανατολικής Αφρικής χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη θερμική μοντελοποίηση που αναπτύχθηκε από τον πρώτο συγγραφέα της μελέτης, Tahiri Rajaonarisson, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο New Mexico Tech που έλαβε Ph.D. στο Virginia Tech ως μέλος του Stamps Lab. Τα μοντέλα του έδειξαν ότι η παραμόρφωση παράλληλου ρήγματος του συστήματος ρήγματος οφείλεται στη ροή του μανδύα προς τα βόρεια που σχετίζεται με τη Μεγάλη Αφρικανική Επιφάνεια, μια τεράστια ανύψωση μανδύα που ανεβαίνει από τα βάθη της Γης κάτω από τη νοτιοδυτική Αφρική και περνά βορειοανατολικά σε όλη την ήπειρο, γίνεται πιο ρηχή. Γιατί εκτείνεται βόρεια.

Τα ευρήματά τους, σε συνδυασμό με πληροφορίες από μια μελέτη που δημοσίευσαν οι ερευνητές το 2021 χρησιμοποιώντας τεχνικές μοντελοποίησης Rajaonarisson, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αποσαφήνιση της επιστημονικής συζήτησης σχετικά με το ποιες κινητήριες δυνάμεις πλάκας κυριαρχούν στο σύστημα ρήξης της Ανατολικής Αφρικής, το οποίο εξηγεί τόσο την κάθετη παραμόρφωση όσο και την παράλληλη ρήξη. Οι δυνάμεις άνωσης στη λιθόσφαιρα, οι δυνάμεις έλξης στο μανδύα ή και τα δύο.

Ως μεταδιδακτορικός ερευνητής, ο Stamps άρχισε να παρατηρεί την ασυνήθιστη, παράλληλη παραμόρφωση του συστήματος της Ανατολικής Αφρικής χρησιμοποιώντας δεδομένα από σταθμούς GPS που μετρούν σήματα από περισσότερους από 30 δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη, από περίπου 25.000 χιλιόμετρα μακριά. Οι παρατηρήσεις της έχουν προσθέσει ένα στρώμα πολυπλοκότητας στη συζήτηση σχετικά με το τι οδηγεί το σύστημα σφάλματος.

Μερικοί επιστήμονες θεωρούν ότι το ρήγμα της Ανατολικής Αφρικής οδηγείται κυρίως από δυνάμεις άνωσης στη λιθόσφαιρα, οι οποίες είναι σχετικά ρηχές δυνάμεις που αποδίδονται κυρίως στην υψηλή τοπογραφία του συστήματος ρήξης, γνωστό ως Αφρικανικό Υπερπηγάδι, και στις διαφορές πυκνότητας στη λιθόσφαιρα. Άλλοι επισημαίνουν τις οριζόντιες δυνάμεις έλξης του μανδύα, τις βαθύτερες δυνάμεις που προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις με τον οριζόντια ρέον μανδύα κάτω από την Ανατολική Αφρική, ως τον υποκείμενο οδηγό.

η ομάδα Μελέτη 2021 Βρήκε μέσω τρισδιάστατων προσομοιώσεων υπολογιστή ότι η ρωγμή και η παραμόρφωσή της θα μπορούσαν να οδηγηθούν από έναν συνδυασμό των δύο δυνάμεων. Τα μοντέλα τους έδειξαν ότι οι δυνάμεις άνωσης στη λιθόσφαιρα ήταν υπεύθυνες για την πιο προβλέψιμη παραμόρφωση κάθετης ρωγμής, αλλά αυτές οι δυνάμεις δεν μπορούν να εξηγήσουν την ανώμαλη παραμόρφωση παράλληλη με το σφάλμα που καταγράφηκε από τις μετρήσεις GPS του Stamps.

Στη πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη τους, ο Rajaonarison χρησιμοποίησε για άλλη μια φορά τρισδιάστατη θερμομηχανική μοντελοποίηση, αυτή τη φορά για να επικεντρωθεί στην πηγή των παραμορφώσεων παράλληλα με τη ρωγμή. Τα μοντέλα του επιβεβαιώνουν ότι το αφρικανικό σούπερ νέφος είναι υπεύθυνο για τις ασυνήθιστες παραμορφώσεις καθώς και για τη σεισμική ανισοτροπία παράλληλη με το ρήγμα που παρατηρείται κάτω από το Σύστημα Ρήγματος της Ανατολικής Αφρικής.

Η σεισμική ανισοτροπία είναι ο προσανατολισμός ή η ευθυγράμμιση των πετρωμάτων σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση ως απόκριση στη ροή του μανδύα, στους θύλακες τήγματος ή στα προϋπάρχοντα δομικά υφάσματα στη λιθόσφαιρα, είπε ο Stamps. Σε αυτή την περίπτωση, η ευθυγράμμιση των βράχων ακολούθησε την κατεύθυνση της μαζικής ροής του αφρικανικού μανδύα προς τα βόρεια, υποδεικνύοντας τη ροή του μανδύα ως πηγή της.

“Λέμε ότι η ροή του μανδύα δεν οδηγεί το ορθογώνιο ρήγμα κάποιας παραμόρφωσης από ανατολή-δύση, αλλά μπορεί να προκαλέσει ανώμαλη παραμόρφωση προς τα βόρεια παράλληλα με το ρήγμα”, δήλωσε ο Rajaonarisson. «Έχουμε επιβεβαιώσει προηγούμενες ιδέες ότι οι δυνάμεις άνωσης στη λιθόσφαιρα οδηγούν το ρήγμα, αλλά παρέχουμε νέα εικόνα ότι μπορεί να συμβεί ανώμαλη παραμόρφωση στην Ανατολική Αφρική».

Γνωρίζοντας περισσότερα για τις διεργασίες που εμπλέκονται στο ρήγμα της ηπείρου, συμπεριλαμβανομένων των ανώμαλων, θα βοηθήσει τους επιστήμονες να ξεμπερδέψουν την πολυπλοκότητα πίσω από τη διάλυση της ηπείρου, κάτι που προσπαθούν εδώ και δεκαετίες. “Είμαστε ενθουσιασμένοι με αυτό το αποτέλεσμα από την αριθμητική μοντελοποίηση του Dr. Rajaonarison, επειδή παρέχει νέες πληροφορίες σχετικά με τις πολύπλοκες διαδικασίες που διαμορφώνουν την επιφάνεια της Γης μέσω της ηπειρωτικής ρήξης”, είπε ο Stamps.

Αναφορά: «Μια Γεωδυναμική Διερεύνηση των Αλληλεπιδράσεων Λιθοσφαιρικών και Φτερών κάτω από το Ρήγμα της Ανατολικής Αφρικής» από τον Taheri A. Rajaonarison και Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled και Emmanuelle A. Solid Earth Journal of Geophysical Research.
doi: 10.1029/2022JB025800