Cientistas descobriram a fonte de deformação incomum na maior fenda continental da Terra

Simulações de computador confirmam que o superelemento africano causa deformações incomuns e anisotropia sísmica paralela à falha detectada abaixo do Sistema de Rift da África Oriental.

Geofísico Dr. Esse processo está relacionado ao alongamento da litosfera, a dura camada externa da Terra. À medida que a litosfera se torna mais compacta, as partes superiores da litosfera sofrem alterações quebradiças, o que leva a fraturas nas rochas e terremotos.

Stamp, que estuda esses processos usando modelagem computacional e GPS Para mapear os movimentos da superfície com precisão milimétrica, ele compara os diferentes padrões de deformação do continente em fenda, brincando com massa de vidraceiro.

“Se você bater na massa de celulite com um martelo, ela pode rachar e quebrar”, disse Stamps, professor associado do Departamento de Ciências da Terra, parte da Faculdade de Ciências da Virginia Tech. “Mas se você afrouxar lentamente, a massa boba se expande. Então, em diferentes escalas de tempo, a litosfera da Terra se comporta de maneiras diferentes.”

Seja esticando ou quebrando, a deformação que vem com uma fenda continental geralmente segue padrões direcionais previsíveis em relação à fenda: a deformação tende a ser perpendicular à fenda. O Sistema de Rift da África Oriental, o maior sistema de rift continental da Terra, tem essas deformações verticais. Mas depois de medir o sistema de falhas com instrumentos de GPS por mais de 12 anos, Stamps também notou uma deformação indo na direção oposta, paralela às falhas do sistema. Sua equipe no Laboratório de Geodésia e Física Tectônica trabalhou para descobrir o porquê.

Professor Adjunto Dr. Sara Selos. Crédito: Virgínia Tech

Em um estudo recente publicado na Jornal de Pesquisa Geofísica, a equipe explorou os processos por trás do Sistema de Rift da África Oriental usando modelagem térmica 3D desenvolvida pelo primeiro autor do estudo, Tahiri Rajaonarisson, pesquisador de pós-doutorado na New Mexico Tech que recebeu um Ph.D. na Virginia Tech como membro do Stamps Lab. Seus modelos mostraram que a deformação de fenda paralela do sistema de fenda é impulsionada pelo fluxo do manto para o norte associado à Grande Superfície Africana, uma elevação maciça do manto subindo das profundezas da Terra abaixo do sudoeste da África e se estendendo para o nordeste em todo o continente, tornando-se mais raso. . Porque se estende para o norte.

Suas descobertas, combinadas com insights de um estudo que os pesquisadores publicaram em 2021 usando técnicas de modelagem de Rajaonarisson, podem ajudar a esclarecer o debate científico sobre quais forças motrizes de placas dominam o Sistema de Rift da África Oriental, o que explica tanto a deformação perpendicular quanto o rifting paralelo. As forças de empuxo na litosfera, as forças de arrasto no manto ou ambas.

Como pesquisador de pós-doutorado, Stamps começou a observar a incomum deformação paralela do Sistema da África Oriental usando dados de estações GPS que medem sinais de mais de 30 satélites orbitando a Terra, a cerca de 25.000 quilômetros de distância. Suas observações adicionaram uma camada de complexidade ao debate sobre o que impulsiona o sistema de falhas.

Alguns cientistas teorizam que o Rift da África Oriental é impulsionado principalmente por forças de flutuação na litosfera, que são forças relativamente rasas atribuídas principalmente à alta topografia do sistema de rift, conhecido como Superwell Africano, e às diferenças de densidade na litosfera. Outros apontam para as forças de arrasto do manto horizontal, as forças mais profundas decorrentes das interações com o manto que flui horizontalmente sob a África Oriental, como o condutor subjacente.

O time Estude 2021 See More Ele descobriu por meio de simulações de computador em 3D que a rachadura e sua deformação poderiam ser causadas por uma combinação das duas forças. Seus modelos mostraram que as forças de flutuação na litosfera foram responsáveis ​​pela deformação de rachadura vertical mais previsível, mas essas forças não podem explicar a deformação anômala paralela à falha capturada pelas medições de GPS de Stamps.

Em seu estudo recém-publicado, Rajaonarison usou novamente a modelagem termomecânica 3D, desta vez para focar na fonte das deformações paralelas à rachadura. Seus modelos confirmam que a super pluma africana é responsável pelas deformações incomuns, bem como pela anisotropia sísmica paralela à falha observada no Sistema de Rift da África Oriental.

A anisotropia sísmica é a orientação ou alinhamento das rochas em uma direção específica em resposta ao fluxo do manto, bolsões de fusão ou tecidos estruturais pré-existentes na litosfera, disse Stamps. Neste caso, o alinhamento das rochas seguiu a direção norte do grande fluxo do manto africano, indicando o fluxo do manto como sua fonte.

“Estamos dizendo que o fluxo do manto não está conduzindo a fenda ortogonal leste-oeste de alguma deformação, mas pode causar deformação anômala para o norte paralela à fenda”, disse Rajaonarisson. “Confirmamos ideias anteriores de que as forças de flutuação na litosfera estão causando a fenda, mas fornecemos uma nova visão de que deformações anormais podem ocorrer na África Oriental”.

Saber mais sobre os processos envolvidos no rifting continental, incluindo os anômalos, ajudará os cientistas a desvendar a complexidade por trás da separação dos continentes, algo que eles vêm tentando há décadas. “Estamos entusiasmados com este resultado da modelagem numérica do Dr. Rajaonarison porque fornece novas informações sobre os processos complexos que moldam a superfície da Terra através da fenda continental”, disse Stamps.

Referência: “A Geodynamic Investigation of Lithospheric and Feather Interactions Below the East African Rift” por Taheri A. Rajaonarison e Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled e Emmanuelle A. Jornal de Pesquisa Geofísica, Terra Sólida.
doi: 10.1029/2022JB025800