Para ilmuwan telah menemukan sumber deformasi yang tidak biasa di celah benua terbesar di Bumi

Simulasi komputer mengonfirmasi bahwa superelement Afrika menyebabkan deformasi yang tidak biasa dan anisotropi seismik yang sejajar dengan patahan yang terdeteksi di bawah Sistem Rift Afrika Timur.

Ahli geofisika Dr. Proses ini berkaitan dengan pemanjangan litosfer, lapisan terluar Bumi yang keras. Saat litosfer menjadi lebih rapat, bagian atas litosfer mengalami perubahan rapuh, yang menyebabkan retakan pada batuan dan gempa bumi.

Stamp, yang mempelajari proses ini menggunakan pemodelan komputer dan GPS Untuk memetakan gerakan permukaan dengan ketelitian milimeter, dia membandingkan berbagai pola deformasi benua yang retak dengan memainkan dempul konyol.

“Jika Anda menekan dempul selulit dengan palu, itu bisa retak dan pecah,” kata Stamps, seorang profesor di Departemen Ilmu Bumi, bagian dari Sekolah Tinggi Sains Virginia Tech. “Tapi jika Anda melonggarkannya perlahan, dempul konyol itu akan mengembang. Jadi pada skala waktu yang berbeda, litosfer Bumi berperilaku berbeda.”

Apakah meluas atau pecah, deformasi yang datang dengan keretakan benua biasanya mengikuti pola arah yang dapat diprediksi sehubungan dengan keretakan: deformasi cenderung tegak lurus terhadap keretakan. Sistem Keretakan Afrika Timur, sistem keretakan benua terbesar di Bumi, memiliki deformasi vertikal tersebut. Tapi setelah mengukur sistem patahan dengan instrumen GPS selama lebih dari 12 tahun, Stamps juga melihat adanya deformasi yang berlawanan arah, sejajar dengan kesalahan sistem. Timnya di Laboratorium Geodesi dan Fisika Tektonik bekerja untuk mencari tahu alasannya.

Asisten Profesor Dr. Perangko Sarah. Kredit: Virginia Tech

Dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di Jurnal Penelitian Geofisika, tim mengeksplorasi proses di balik East African Rift System menggunakan pemodelan termal 3D yang dikembangkan oleh penulis pertama studi tersebut, Tahiri Rajaonarisson, seorang peneliti postdoctoral di New Mexico Tech yang menerima gelar Ph.D. di Virginia Tech sebagai anggota Stamps Lab. Modelnya menunjukkan bahwa deformasi keretakan paralel dari sistem keretakan didorong oleh aliran mantel ke utara yang terkait dengan Great African Surface, pengangkatan mantel besar-besaran yang naik dari kedalaman Bumi di bawah barat daya Afrika dan meluas ke timur laut melintasi benua, menjadi lebih dangkal. . Karena memanjang ke utara.

Temuan mereka, dikombinasikan dengan wawasan dari studi yang diterbitkan para peneliti pada tahun 2021 menggunakan teknik pemodelan Rajaonarisson, dapat membantu mengklarifikasi perdebatan ilmiah tentang gaya penggerak pelat mana yang mendominasi Sistem Rift Afrika Timur, yang menjelaskan baik deformasi tegak lurus maupun retakan paralel. . Gaya apung di litosfer, gaya hambat di mantel, atau keduanya.

Sebagai peneliti postdoctoral, Stamps mulai mengamati deformasi keretakan paralel yang tidak biasa dari sistem Afrika Timur menggunakan data dari stasiun GPS yang mengukur sinyal dari lebih dari 30 satelit yang mengorbit Bumi, dari jarak sekitar 25.000 kilometer. Pengamatannya telah menambah lapisan kerumitan pada perdebatan tentang apa yang mendorong sistem kesalahan.

Beberapa ilmuwan berteori bahwa Celah Afrika Timur terutama didorong oleh gaya apung di litosfer, yang merupakan gaya yang relatif dangkal terutama disebabkan oleh topografi sistem keretakan yang tinggi, yang dikenal sebagai Superwell Afrika, dan perbedaan kepadatan di litosfer. Yang lain menunjuk pada gaya tarik mantel horizontal, gaya yang lebih dalam yang muncul dari interaksi dengan mantel yang mengalir secara horizontal di bawah Afrika Timur, sebagai pendorong yang mendasarinya.

tim Belajar 2021 Dia menemukan melalui simulasi komputer 3D bahwa retakan dan deformasinya dapat didorong oleh kombinasi dari dua gaya tersebut. Model mereka menunjukkan bahwa gaya apung di litosfer bertanggung jawab atas deformasi retakan vertikal yang lebih dapat diprediksi, tetapi gaya ini tidak dapat menjelaskan deformasi anomali yang sejajar dengan patahan yang ditangkap oleh pengukuran GPS Stamps.

Dalam studi mereka yang baru diterbitkan, Rajaonarison sekali lagi menggunakan pemodelan termomekanis 3D, kali ini berfokus pada sumber deformasi yang sejajar dengan retakan. Modelnya mengkonfirmasi bahwa super plume Afrika bertanggung jawab atas deformasi yang tidak biasa serta anisotropi seismik yang sejajar dengan patahan yang diamati di bawah Sistem Rift Afrika Timur.

Anisotropi seismik adalah orientasi atau penjajaran batuan dalam arah tertentu sebagai respons terhadap aliran mantel, kantong lelehan, atau struktur struktur yang sudah ada sebelumnya di litosfer, kata Stamps. Dalam hal ini, penjajaran batuan mengikuti arah utara aliran mantel Afrika yang besar, menunjukkan aliran mantel sebagai sumbernya.

“Kami mengatakan bahwa aliran mantel tidak menggerakkan keretakan ortogonal timur-barat dari beberapa deformasi, tetapi dapat menyebabkan deformasi paralel ke utara yang paralel dengan keretakan,” kata Rajaonarisson. “Kami telah mengonfirmasi gagasan sebelumnya bahwa gaya apung di litosfer mendorong keretakan, tetapi kami memberikan wawasan baru bahwa deformasi abnormal dapat terjadi di Afrika Timur.”

Mengetahui lebih banyak tentang proses yang terlibat dalam perpecahan benua, termasuk yang anomali, akan membantu para ilmuwan mengurai kerumitan di balik perpecahan benua, sesuatu yang telah mereka coba selama beberapa dekade. “Kami sangat senang dengan hasil pemodelan numerik Dr. Rajaonarison ini karena memberikan informasi baru tentang proses kompleks yang membentuk permukaan bumi melalui keretakan benua,” kata Stamps.

Referensi: “Investigasi Geodinamik Interaksi Litosfer dan Bulu di Bawah Celah Afrika Timur” oleh Taheri A. Rajaonarison dan Dr. Sarah Stamps, John Nalipov, Andrew Nibbled, and Emmanuelle A. Jurnal Penelitian Geofisika, Bumi Padat.
doi: 10.1029/2022JB025800