Ученые обнаружили источник необычной деформации крупнейшего континентального разлома Земли

Компьютерное моделирование подтвердило, что африканский суперэлемент вызывает необычные деформации и сейсмическую анизотропию, параллельную разломам, обнаруженным под Восточно-Африканской рифтовой системой.

Доктор геофизик Этот процесс связан с удлинением литосферы, твердого внешнего слоя Земли. По мере уплотнения литосферы верхняя часть литосферы подвергается хрупкому изменению, что вызывает трещины в горных породах и землетрясения.

Стэмпа, изучавшего этот процесс с помощью компьютерного моделирования и

” data-gt-translate-атрибуты = “[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>GPS Чтобы изобразить движение поверхности с точностью до миллиметра, он сравнил различные модели деформации расколотых континентов, играя в игру с глупой замазкой.

«Если ударить молотком по антицеллюлитной мастике, она может треснуть и сломаться», — сказал Стэмпс, профессор кафедры наук о Земле, входящей в состав Научного колледжа Технологического института Вирджинии. «Но если вы будете ослаблять его медленно, дурацкая замазка расширится. Так что в разных временных масштабах литосфера Земли ведет себя по-разному».

Расширяясь или распадаясь, деформация, сопровождающая континентальный разлом, обычно следует предсказуемой схеме направления по отношению к разлому: деформация имеет тенденцию быть перпендикулярной разлому. Восточно-Африканская рифтовая система, крупнейшая континентальная рифтовая система на Земле, имеет эту вертикальную деформацию. Но после измерения системы разломов с помощью GPS-инструментов в течение более 12 лет Штампс также заметил деформации в противоположном направлении, параллельном разломам системы. Его команда в Лаборатории геодезии и тектонической физики работает над выяснением причин.

В недавнем исследовании, опубликованном в Журнал геофизических исследований, команда исследует процессы, лежащие в основе Восточно-Африканской рифтовой системы, с помощью трехмерного теплового моделирования, разработанного первым автором исследования, Тахири Раджаонариссон, исследователем с докторской степенью в Технологическом институте Нью-Мексико, получившим степень доктора философии. в Технологическом институте Вирджинии в качестве члена Stamps Lab. Ее модель предполагает, что параллельная рифтовая деформация рифтовой системы обусловлена ​​направленными на север мантийными потоками, связанными с Великой африканской поверхностью, массивным поднятием мантии, которое поднимается из недр Земли под юго-западной Африкой и простирается на северо-восток через континент, превращаясь мельче. . Потому что он простирается на север.

Их выводы в сочетании с выводами из исследования, опубликованного исследователями в 2021 году с использованием метода моделирования Раджаонариссона, могут помочь прояснить научный спор о том, какие движущие силы плит преобладают в Восточно-Африканской рифтовой системе, объясняя как перпендикулярную деформацию, так и параллельное растрескивание. . Плавучесть в литосфере, сопротивление мантии или и то, и другое.

Будучи исследователем с докторской степенью, Стэмпс начал наблюдать за необычной параллельной деформацией разломов Восточно-Африканской системы, используя данные станций GPS, измеряющих сигналы от более чем 30 спутников, вращающихся вокруг Земли, с расстояния около 25 000 километров. Его наблюдения добавили еще один уровень сложности в дебаты о причинах системных ошибок.

Некоторые ученые предполагают, что Восточно-Африканский рифт в первую очередь обусловлен выталкивающими силами в литосфере, которые являются относительно неглубокими силами, в основном вызванными высокой топографией рифтовой системы, известной как Африканский суперколодец, и различиями в плотности литосферы. Другие указывают на горизонтальное сопротивление мантии, более глубокие силы, возникающие в результате взаимодействия с мантией, протекающей горизонтально под Восточной Африкой, как на основной толчок.

Тим Исследование 2021 С помощью трехмерного компьютерного моделирования он обнаружил, что трещины и их деформации могут быть вызваны комбинацией двух сил. Их модель предполагает, что выталкивающие силы в литосфере ответственны за более предсказуемую вертикальную деформацию рифта, но эти силы не могут объяснить аномальную деформацию, параллельную разлому, зафиксированную измерениями GPS Stamps.

В недавно опубликованном исследовании Раджаонарисон снова использует трехмерное термомеханическое моделирование, на этот раз, чтобы сосредоточиться на источниках деформации, параллельных трещинам. Его модели подтвердили, что Африканский суперплюм ответственен за необычную деформацию, а также за сейсмическую анизотропию, аналогичную разломам, наблюдаемым под Восточно-Африканской рифтовой системой.

По словам Стэмпса, сейсмическая анизотропия — это ориентация или выравнивание горных пород в определенном направлении в ответ на мантийные потоки, карманы расплава или ранее существовавшие структуры в литосфере. В этом случае ориентация пород следует севернее основных африканских мантийных потоков, указывая на мантийные потоки как на их источник.

«Мы говорим, что мантийный поток не вызывает ортогональные восточно-западные разломы множественных деформаций, но может вызывать деформации, параллельные северу, которые параллельны разломам», — сказал Раджаонариссон. «Мы подтвердили предыдущие идеи о том, что плавучесть в литосфере вызывает разлом, но мы даем новое понимание того, что аномальная деформация может происходить в Восточной Африке».

Узнав больше о процессах, связанных с континентальным разломом, в том числе об аномальных, поможет ученым разобраться в сложностях, стоящих за континентальным разломом, над чем они работали десятилетиями. «Мы очень довольны результатами Dr. This Rajaonarison, потому что они предоставляют новую информацию о сложных процессах, которые формируют поверхность Земли через континентальные разломы», — сказал Стэмпс.

Ссылка: «Геодинамические исследования взаимодействия литосферы и пера под восточноафриканским разломом» Тахери А. Раджаонарисон и доктора Сары Стэмпс, Джона Налипова, Эндрю Ниббледа и Эммануэль А. Журнал геофизических исследований, Solid Earth.
дои: 10.1029/2022JB025800