I modelli al computer confermano che l’African Superplume è responsabile delle insolite deformazioni e dell’anisotropia sismica parallela alla spaccatura osservata sotto l’East African Rift System

Nel rifting continentale, c’è un mix di allungamento e rottura che arriva in profondità nella Terra, ha detto il geofisico D. Sarah Stamps. Il rifting continentale comporta lo stiramento della litosfera, lo strato più esterno e rigido della Terra. Man mano che la litosfera si assottiglia, le sue regioni poco profonde subiscono fragili deformazioni, con la rottura della roccia e terremoti.

Stamps, che studia questi processi utilizzando la modellazione al computer e il GPS per mappare i movimenti della superficie con precisione millimetrica, confronta i diversi stili di deformazione di un continente che si spacca con il gioco con Silly Putty.

“Se colpisci Silly Putty con un martello, può effettivamente rompersi e rompersi”, ha detto Stamps, professore associato presso il Dipartimento di Geoscienze, parte del Virginia Tech College of Science. “Ma se lo separi lentamente, il Silly Putty si allunga. Quindi su diverse scale temporali, la litosfera terrestre si comporta in modi diversi.”

Sia nello stiramento che nella rottura, la deformazione che deriva dal rift continentale di solito segue schemi direzionali prevedibili in relazione al rift: la deformazione tende ad essere perpendicolare al rift. L’East African Rift System, il più grande sistema di spaccatura continentale della Terra, ha quelle deformazioni perpendicolari alla spaccatura. Ma dopo aver misurato il sistema di fratture con strumenti GPS per più di 12 anni, Stamps ha anche osservato deformazioni che andavano nella direzione opposta, parallela alle fratture del sistema. Il suo team al Laboratorio di Geodesia e Tettonofisica ha lavorato per scoprire perché.

In un recente studio pubblicato suGiornale di ricerca geofisica, il team ha esplorato i processi alla base dell’East African Rift System utilizzando la modellazione termomeccanica 3D sviluppata dal primo autore dello studio, Tahiry Rajoonarison, un ricercatore post-dottorato presso il New Mexico Tech che ha conseguito il dottorato di ricerca. alla Virginia Tech come membro del laboratorio di Stamps. I suoi modelli hanno mostrato che l’insolita deformazione parallela del sistema di spaccatura è guidata dal flusso del mantello verso nord associato al Superplume africano, un massiccio sollevamento del mantello che sale dal profondo della Terra sotto l’Africa sudoccidentale e si dirige a nord-est attraverso il continente, diventando più superficiale. mentre si estende verso nord.

Le loro scoperte, combinate con le intuizioni di uno studio che i ricercatori hanno pubblicato nel 2021 utilizzando le tecniche di modellazione di Rajaonarison, potrebbero aiutare a chiarire il dibattito scientifico su quali forze guidano le placche dominano l’East African Rift System, spiegando sia la sua deformazione perpendicolare alla spaccatura che parallela alla spaccatura : forze di galleggiamento litosferiche, forze di trazione del mantello o entrambe.

In qualità di ricercatore post-dottorato, Stamps ha iniziato a osservare l’insolita deformazione parallela alla spaccatura dell’East African Rift System utilizzando i dati delle stazioni GPS che misuravano i segnali di oltre 30 satelliti in orbita attorno alla Terra, da circa 25.000 chilometri di distanza. Le sue osservazioni hanno aggiunto uno strato di complessità al dibattito su ciò che guida il sistema di spaccatura.

Alcuni scienziati vedono il rifting nell’Africa orientale come guidato principalmente dalle forze di galleggiamento litosferiche, che sono forze relativamente poco profonde attribuite principalmente all’elevata topografia del sistema di rift, noto come African Superswell, e alle variazioni di densità nella litosfera. Altri indicano le forze di trazione del mantello orizzontale, le forze più profonde derivanti dalle interazioni con il mantello che scorre orizzontalmente sotto l’Africa orientale, come motore principale.

Lo studio del team del 2021 ha scoperto attraverso simulazioni computazionali 3D che la spaccatura e la sua deformazione potrebbero essere guidate da una combinazione delle due forze. I loro modelli hanno mostrato che le forze di galleggiamento litosferiche erano responsabili della deformazione più prevedibile, perpendicolare alla spaccatura, ma quelle forze non potevano spiegare la deformazione anomala, parallela alla spaccatura rilevata dalle misurazioni GPS di Stamps.

Nel loro studio appena pubblicato, Rajaonarison ha nuovamente utilizzato la modellazione termomeccanica 3D, questa volta per concentrarsi sulla fonte delle deformazioni parallele alla spaccatura. I suoi modelli confermano che l’African Superplume è responsabile delle insolite deformazioni e dell’anisotropia sismica parallela alla spaccatura osservata sotto l’East African Rift System.

L’anisotropia sismica è l’orientamento o l’allineamento delle rocce in una particolare direzione in risposta al flusso del mantello, alle sacche di fusione o ai tessuti strutturali preesistenti nella litosfera, ha affermato Stamps. In questo caso, l’allineamento delle rocce ha seguito la direzione del flusso del mantello verso nord del Superplume africano, il che suggerisce che il flusso del mantello sia la loro fonte.

“Stiamo dicendo che il flusso del mantello non sta guidando la direzione est-ovest, perpendicolare alla spaccatura di alcune delle deformazioni, ma che potrebbe causare l’anomala deformazione verso nord parallela alla spaccatura”, ha detto Rajaonarison. “Abbiamo confermato le idee precedenti secondo cui le forze di galleggiamento litosferiche stanno guidando la spaccatura, ma stiamo portando nuove informazioni sul fatto che nell’Africa orientale possono verificarsi deformazioni anomale”.

Imparare di più sui processi coinvolti nel rifting continentale, compresi quelli anomali, aiuterà gli scienziati a eliminare la complessità dietro la rottura di un continente, che hanno tentato per decenni. “Siamo entusiasti di questo risultato della modellazione numerica del Dr. Rajaonarison perché fornisce nuove informazioni sui complessi processi che modellano la superficie terrestre attraverso il rifting continentale”, ha affermato Stamps.