Wissenschaftler haben die Ursache der ungewöhnlichen Verformung im größten Kontinentalgraben der Erde entdeckt

Sarah Stamps fand mithilfe der 3D-Wärmemodellierung heraus, dass eine von Dr. geleitete Forschung durchgeführt wurde. Dies erhöht die Komplexität der Debatte über die anfänglichen Kräfte, die die Rissbildung antreiben, und legt eine Kombination aus Auftriebskräften in der Lithosphäre und Mantelzugkräften nahe.

Computersimulationen bestätigen, dass das afrikanische Superelement parallel zu der unter dem Ostafrikanischen Riftsystem entdeckten Verwerfung ungewöhnliche Verformungen und seismische Anisotropie verursacht.

Geophysiker Dr. Dieser Prozess hängt mit der Dehnung der Lithosphäre zusammen, der harten äußeren Schicht der Erde. Wenn die Lithosphäre enger wird, kommt es in den oberen Teilen der Lithosphäre zu spröden Veränderungen, die zu Gesteinsbrüchen und Erdbeben führen.

Stamp, der diese Prozesse mithilfe von Computermodellen untersucht und GPS Um Oberflächenbewegungen millimetergenau abzubilden, vergleicht er die verschiedenen Verformungsmuster des spaltenden Kontinents, indem er mit albernem Kitt spielt.

„Wenn man mit einem Hammer auf Cellulite-Kitt schlägt, kann dieser reißen und brechen“, sagte Stamps, außerordentlicher Professor am Department of Earth Sciences, das zum College of Science der Virginia Tech gehört. „Aber wenn man es langsam löst, dehnt sich der alberne Kitt aus. Auf verschiedenen Zeitskalen verhält sich die Lithosphäre der Erde also unterschiedlich.“

Unabhängig davon, ob es sich ausdehnt oder bricht, folgt die Verformung, die mit einem kontinentalen Graben einhergeht, in der Regel vorhersagbaren Richtungsmustern in Bezug auf den Graben: Die Verformung verläuft tendenziell senkrecht zum Graben. Das Ostafrikanische Riftsystem, das größte kontinentale Riftsystem der Erde, weist diese vertikalen Verformungen auf. Doch nachdem er das Verwerfungssystem mehr als zwölf Jahre lang mit GPS-Instrumenten vermessen hatte, bemerkte Stamps auch eine Verformung, die in die entgegengesetzte Richtung parallel zu den Verwerfungen des Systems verläuft. Ihr Team am Labor für Geodäsie und Tektonische Physik arbeitete daran, herauszufinden, warum.

Assistenzprofessor Dr. Sarah Stamps. Bildnachweis: Virginia Tech

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Zeitschrift für geophysikalische ForschungDas Team erforschte die Prozesse hinter dem Ostafrikanischen Riftsystem mithilfe einer 3D-Wärmemodellierung, die vom Erstautor der Studie, Tahiri Rajaonarisson, einem Postdoktoranden an der New Mexico Tech, der einen Ph.D. erhielt, entwickelt wurde. an der Virginia Tech als Mitglied des Stamps Lab. Seine Modelle zeigten, dass die Parallel-Rift-Verformung des Rift-Systems durch die nach Norden gerichtete Mantelströmung im Zusammenhang mit der Great African Surface vorangetrieben wird, einer massiven Mantelanhebung, die aus den Tiefen der Erde unterhalb Südwestafrikas aufsteigt und sich nach Nordosten über den Kontinent erstreckt und dabei flacher wird . Weil es sich nach Norden erstreckt.

Ihre Ergebnisse, kombiniert mit Erkenntnissen aus einer Studie, die die Forscher 2021 unter Verwendung von Rajaonarisson-Modellierungstechniken veröffentlicht haben, könnten dazu beitragen, die wissenschaftliche Debatte darüber zu klären, welche plattentreibenden Kräfte das Ostafrikanische Riftsystem dominieren, was sowohl senkrechte Verformung als auch parallele Rifting erklärt. Die Auftriebskräfte in der Lithosphäre, die Widerstandskräfte im Mantel oder beides.

Als Postdoktorand begann Stamps mit der Beobachtung der ungewöhnlichen, parallelen Spaltverformung des Ostafrikanischen Systems anhand von Daten von GPS-Stationen, die Signale von mehr als 30 Satelliten messen, die die Erde aus einer Entfernung von etwa 25.000 Kilometern umkreisen. Ihre Beobachtungen haben die Debatte darüber, was das Fehlersystem antreibt, noch komplexer gemacht.

Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Ostafrikanische Grabenbruch in erster Linie durch Auftriebskräfte in der Lithosphäre angetrieben wird, bei denen es sich um relativ flache Kräfte handelt, die hauptsächlich auf die hohe Topographie des Rift-Systems, bekannt als African Superwell, und auf Dichteunterschiede in der Lithosphäre zurückzuführen sind. Andere verweisen auf horizontale Mantelwiderstandskräfte, die tieferen Kräfte, die aus Wechselwirkungen mit dem horizontal fließenden Mantel unter Ostafrika entstehen, als zugrunde liegende Antriebskraft.

Das Team Studie 2021 Durch 3D-Computersimulationen fand er heraus, dass der Riss und seine Verformung durch eine Kombination der beiden Kräfte verursacht werden könnten. Ihre Modelle zeigten, dass Auftriebskräfte in der Lithosphäre für die besser vorhersagbare vertikale Rissverformung verantwortlich waren. Diese Kräfte können jedoch nicht die anomale Verformung parallel zur Verwerfung erklären, die durch die GPS-Messungen von Stamps erfasst wurde.

In ihrer neu veröffentlichten Studie verwendete Rajaonarison erneut die thermomechanische 3D-Modellierung, diesmal um sich auf die Quelle der Verformungen parallel zum Riss zu konzentrieren. Seine Modelle bestätigen, dass die afrikanische Superwolke für die ungewöhnlichen Verformungen sowie die seismische Anisotropie parallel zu den im Ostafrikanischen Riftsystem beobachteten Verwerfungen verantwortlich ist.

Unter seismischer Anisotropie versteht man die Orientierung oder Ausrichtung von Gesteinen in einer bestimmten Richtung als Reaktion auf Mantelströmungen, Schmelztaschen oder bereits vorhandene Strukturgefüge in der Lithosphäre, sagte Stamps. In diesem Fall folgte die Gesteinsausrichtung der Nordrichtung des großen afrikanischen Mantelflusses, was darauf hindeutet, dass der Mantelfluss seine Quelle war.

„Wir sagen, dass der Mantelfluss nicht die orthogonale Ost-West-Spalte einiger Verformungen vorantreibt, sondern eine anomale Verformung nach Norden parallel zur Spalte verursachen kann“, sagte Rajaonarisson. „Wir haben frühere Annahmen bestätigt, dass Auftriebskräfte in der Lithosphäre den Riss vorantreiben, aber wir liefern neue Erkenntnisse, dass es in Ostafrika zu abnormalen Verformungen kommen kann.“

Wenn Wissenschaftler mehr über die Prozesse wissen, die an der Kontinentalspaltung beteiligt sind, einschließlich der anomalen, werden sie dabei helfen, die Komplexität hinter dem Kontinentauseinanderbrechen zu entschlüsseln, etwas, das sie seit Jahrzehnten versuchen. „Wir freuen uns über dieses Ergebnis der numerischen Modellierung von Dr. Rajaonarison, da es neue Informationen über die komplexen Prozesse liefert, die die Erdoberfläche durch kontinentale Rifting formen“, sagte Stamps.

Referenz: „Eine geodynamische Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Lithosphäre und Federn unterhalb des Ostafrikanischen Grabenbruchs“ von Taheri A. Rajaonarison und Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled und Emmanuelle A. Journal of Geophysical Research, Solid Earth.
doi: 10.1029/2022JB025800