Los modelos informáticos confirman que la Superpluma africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela a la grieta observada debajo del Sistema de grietas de África Oriental.
por Suzanne Irby, Tecnología de Virginia
En el rifting continental, hay una combinación de estiramiento y ruptura que se adentra profundamente en la Tierra, dijo la geofísica D. Sarah Stamps. La ruptura continental implica el estiramiento de la litosfera, la capa rígida más externa de la Tierra. A medida que la litosfera se adelgaza, sus regiones poco profundas experimentan una deformación frágil, con la ruptura de rocas y terremotos.
Stamps, que estudia estos procesos mediante el uso de modelos informáticos y GPS para mapear los movimientos de la superficie con precisión milimétrica, compara los diferentes estilos de deformación de un continente en ruptura con jugar con Silly Putty.
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«Si golpeas Silly Putty con un martillo, en realidad 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 al estirarse o al romperse, la deformación que acompaña al rifting continental suele seguir 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 esas deformaciones perpendiculares al rift. Pero después de medir el sistema de fisuras con instrumentos GPS durante más de 12 años, Stamps también observó una deformación que iba en la dirección opuesta, paralela a las fisuras del sistema. Su equipo en el Laboratorio de Geodesia y Tectonofísica ha trabajado para averiguar por qué.
En un estudio reciente publicado en el Journal of Geophysical Research: Solid Earth , el equipo exploró los procesos detrás del Sistema Rift de África Oriental utilizando modelos termomecánicos 3D desarrollados por el primer autor del estudio, Tahiry Rajaonarison, investigador postdoctoral en New Mexico Tech que obtuvo su Doctor. en Virginia Tech como miembro del laboratorio de Stamps. Sus modelos mostraron que la inusual deformación paralela del sistema de grietas es impulsada por el flujo del manto hacia el norte 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 se dirige hacia el noreste a través del continente, volviéndose más superficial. 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 placas dominan el sistema de grietas de África Oriental, lo que explica tanto su deformación perpendicular como paralela a la grieta. : fuerzas de flotabilidad litosférica, fuerzas de tracción del manto o ambas.
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Como investigador postdoctoral, Stamps comenzó a observar la inusual deformación paralela a la grieta del Sistema de Rift 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 han agregado una capa de complejidad al debate sobre qué impulsa el sistema de grietas.
Algunos científicos ven la ruptura en el este de África como impulsada principalmente por las fuerzas de flotabilidad litosféricas, que son fuerzas relativamente superficiales atribuidas principalmente a la alta topografía del sistema de grietas, conocida como superoleaje africano, y a las variaciones de densidad en la litosfera. Otros apuntan a las fuerzas de tracción horizontal del manto, las fuerzas más profundas que surgen de las interacciones con el manto que fluye horizontalmente debajo de África Oriental, como el principal impulsor.
El estudio del equipo de 2021 encontró a través de simulaciones computacionales en 3D que la grieta y su deformación podrían ser impulsadas por una combinación de las dos fuerzas. Sus modelos mostraron que las fuerzas de flotabilidad litosféricas eran responsables de la deformación perpendicular a la grieta más predecible, pero esas fuerzas no podían explicar la deformación anómala paralela a la grieta detectada por las mediciones de GPS de Stamps.
En su estudio recién publicado, Rajaonarison volvió a utilizar modelos termomecánicos en 3D, esta vez para centrarse en el origen de las deformaciones paralelas a la grieta. Sus modelos confirman que la Superpluma africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela a la grieta observada debajo del Sistema de grietas de África Oriental.
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La anisotropía sísmica es la orientación o alineación de las rocas en una dirección particular 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 está impulsando la dirección perpendicular a la grieta este-oeste de algunas de las deformaciones, sino que puede estar causando la deformación anómala hacia el norte paralela a la grieta», dijo Rajaonarison. «Confirmamos 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».
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Aprender más sobre los procesos involucrados en la ruptura continental, incluidos estos anómalos, ayudará a los científicos a descifrar la complejidad 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 nueva información sobre los procesos complejos que dan forma a la superficie de la Tierra a través de la ruptura continental», dijo Stamps.
Más información: Tahiry A. Rajaonarison et al, A Geodynamic Investigation of Plume‐Lithosphere Interactions Beneath the East African Rift, Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2023). DOI: 10.1029/2022JB025800
