La investigación dirigida por D. Sarah Stamps, utilizando modelos termomecánicos en 3D, encontró que la superpluma africana, un afloramiento masivo del manto, provoca deformaciones paralelas a las grietas inusuales observadas en el sistema de grietas de África Oriental. Esto agrega complejidad al debate sobre las fuerzas primarias que impulsan la ruptura, lo que sugiere una combinación de fuerzas de flotabilidad litosférica y fuerzas de tracción del manto.

Las simulaciones por computadora confirman que la Superpluma Africana causa deformaciones inusuales y anisotropía sísmica paralela a la grieta detectada debajo del Sistema de Rift de África Oriental.

El rifting continental implica una combinación de estiramiento y fractura que penetra profundamente en la Tierra, explica la geofísica D. Sarah Stamps. Este proceso se refiere al estiramiento de la litosfera, la capa exterior rígida de la Tierra. A medida que aumenta la tensión, las secciones superiores de la litosfera sufren cambios frágiles, lo que lleva a fracturas de rocas y terremotos.

Stamps, que estudia estos procesos utilizando modelos informáticos y GPS para mapear los movimientos de la superficie con precisión milimétrica, compare los diferentes estilos de deformación de un continente que se rompe jugando con Silly Putty.

“Si golpeas Silly Putty con un martillo, realmente puede agrietarse y romperse”, dijo Stamps, profesor asociado en el Departamento de Geociencias, parte de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech. “Pero si lo separas lentamente, Silly Putty se estira. Entonces, en diferentes escalas de tiempo, la litosfera de la Tierra se comporta de diferentes maneras».

Ya sea que se extienda o se rompa, la deformación que acompaña al rift continental generalmente sigue patrones direccionales predecibles en relación con el rift: la deformación tiende a ser perpendicular al rift. El Sistema de Rift de África Oriental, el sistema de rift continental más grande de la Tierra, tiene estas deformaciones perpendiculares al rift. Pero después de medir el sistema de grietas con instrumentos GPS durante más de 12 años, Stamps también observó deformaciones que iban en la dirección opuesta, paralelas a las grietas del sistema. Su equipo en el Laboratorio de Geodesia y Tectonofísica trabajó para averiguar por qué.

Profesor Asistente D. Sarah Stamps. Crédito: Tecnología de Virginia

En un estudio reciente publicado en la Revista de investigación geofísica, el equipo exploró los procesos detrás del East African Rift System utilizando modelos termomecánicos 3D desarrollados por el primer autor del estudio, Tahiry Rajaonarison, investigador postdoctoral en New Mexico Tech que obtuvo su doctorado en Virginia Tech como miembro del laboratorio Stamps. . Sus modelos mostraron que la deformación inusual del sistema de grietas paralelas es impulsada por el flujo hacia el norte del manto asociado con la Superpluma Africana, un afloramiento masivo del manto que se eleva desde las profundidades de la Tierra debajo del suroeste de África y fluye hacia el noreste a través del continente. , haciéndose menos profunda. a medida que se extiende hacia el norte.

Sus hallazgos, combinados con los conocimientos de un estudio que los investigadores publicaron en 2021 utilizando las técnicas de modelado de Rajaonarison, podrían ayudar a aclarar el debate científico sobre qué fuerzas impulsoras de las placas dominan el Sistema del Rift de África Oriental, lo que explica su deformación perpendicular a la hendidura y paralela a la abertura. : fuerzas de flotabilidad litosférica, fuerzas de tracción del manto o ambas.

Como investigador postdoctoral, Stamps comenzó a observar la inusual deformación paralela a la grieta del Sistema de Grietas de África Oriental utilizando datos de estaciones GPS que midieron señales de más de 30 satélites que orbitan la Tierra a unos 25.000 kilómetros de distancia. Sus observaciones agregaron una capa de complejidad al debate sobre qué impulsa el sistema de grietas.

Algunos científicos ven que la ruptura en el este de África está impulsada principalmente por las fuerzas de flotabilidad litosféricas, que son fuerzas relativamente superficiales atribuidas principalmente a la alta topografía del sistema de grietas, conocido como African Superswell, y las variaciones de densidad en la litosfera. Otros apuntan a las fuerzas de atracción del manto horizontal, las fuerzas más profundas que surgen de las interacciones con el manto que fluye horizontalmente debajo de África Oriental, como el principal impulsor.

los equipos estudiar 2021 descubrió a través de simulaciones por computadora en 3D que la grieta y su deformación podrían ser provocadas por una combinación de las dos fuerzas. Sus modelos mostraron que las fuerzas de flotabilidad litosféricas eran responsables de la deformación más predecible perpendicular a la rendija, pero estas fuerzas no podían explicar la deformación anómala paralela a la rendija detectada por las mediciones GPS de Stamps.

En su estudio recién publicado, Rajaonarison volvió a utilizar el modelado termomecánico en 3D, esta vez para centrarse en el origen de las deformaciones paralelas a la fisura. Sus modelos confirman que la Superpluma Africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela a la grieta observada bajo el Sistema de Rift de África Oriental.

La anisotropía sísmica es la orientación o alineación de las rocas en una dirección específica en respuesta al flujo del manto, bolsas de fusión o tejidos estructurales preexistentes en la litosfera, dijo Stamps. En este caso, la alineación de las rocas siguió la dirección del flujo del manto hacia el norte de la superpluma africana, lo que sugiere que el flujo del manto es su fuente.

«Estamos diciendo que el flujo del manto no se dirige de este a oeste, perpendicularmente a la grieta de algunas de las distorsiones, pero que puede estar causando la deformación anómala hacia el norte paralela a la grieta», dijo Rajaonarison. «Confirmamos las ideas previas de que las fuerzas de flotabilidad litosféricas están impulsando la grieta, pero estamos brindando una nueva perspectiva de que la deformación anómala puede ocurrir en el este de África».

Aprender más sobre los procesos involucrados en la ruptura continental, incluidos estos anómalos, ayudará a los científicos a desentrañar las complejidades detrás de la ruptura de un continente, algo que han estado intentando durante décadas. “Estamos entusiasmados con este resultado del modelado numérico del Dr. Rajaonarison porque proporciona nuevos conocimientos sobre los procesos complejos que dan forma a la superficie de la Tierra a través de la ruptura continental”, dijo Stamps.

Referencia: «Una investigación geodinámica de las interacciones entre la pluma y la litosfera bajo el Rift de África Oriental» por Tahiry A. Rajaonarison, D. Sarah Stamps, John Naliboff, Andrew Nyblade y Emmanuel A. Njinju, 27 de marzo de 2023, Revista de investigación geofísica de tierra sólida.
DOI: 10.1029/2022JB025800