Científicos descubren el origen de una deformación inusual en la grieta continental más grande de la Tierra

La investigación realizada por D. Sarah Stamps, utilizando modelos termomecánicos en 3D, descubrió que la superpluma africana, un levantamiento masivo del manto, provoca una deformación inusual paralela a la ruptura observada 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 las deformaciones inusuales y la anisotropía sísmica paralela a la grieta que se encuentra debajo del sistema de grietas 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 implica el estiramiento de la litosfera, la capa exterior rígida de la Tierra. A medida que se vuelve más tensa, 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 una precisión milimétrica, compare los diferentes estilos de deformación de un continente fracturado con jugar con Silly Putty.

«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».

Tanto en el estiramiento como en la ruptura, la deformación resultante del rifting continental suele seguir patrones direccionales predecibles en relación con el rift: la deformación tiende a ser perpendicular al rift. El Sistema de Grietas de África Oriental, el sistema de grietas continentales más grande de la Tierra, tiene esas deformaciones perpendiculares a la grieta. Pero después de medir el sistema de fracturas con herramientas de GPS durante más de 12 años, Stamps también observó deformaciones en dirección opuesta, paralelas a las fracturas en el 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 Revista de investigación geofísica, el equipo exploró los procesos que sustentan el Sistema de Rift de África Oriental utilizando modelos termomecánicos 3D desarrollados por la primera autora del estudio, Tahiry Rajoonarison, investigadora postdoctoral en New Mexico Tech que recibió su Ph.D. en Virginia Tech como miembro del laboratorio Stamps. Sus modelos mostraron que la deformación paralela inusual del sistema de grietas es impulsada por el flujo del manto hacia el norte asociado con la Superpluma africana, un levantamiento 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 menos profundo. 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 impulsan las placas que dominan el sistema de grietas de África Oriental, explicando tanto su deformación perpendicular a la grieta como paralela a la grieta: 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 Rift de África Oriental utilizando datos de estaciones GPS que midieron señales de más de 30 satélites que orbitan la Tierra, desde unos 25.000 kilómetros de distancia. Sus comentarios han agregado una capa de complejidad al debate sobre qué impulsa el sistema de grietas.

Algunos científicos consideran que las fisuras en el este de África están impulsadas principalmente por las fuerzas de flotabilidad litosféricas, que son fuerzas relativamente superficiales atribuidas principalmente a la alta topografía del sistema de fisuras, conocido como African Superswell, y a las variaciones de densidad en la litosfera. Otros apuntan a las fuerzas de tracción del manto horizontal, las fuerzas más profundas que resultan de las interacciones con el manto que fluye horizontalmente debajo de África Oriental, como el principal impulsor.

La del equipo Estudio 2021 descubrió 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 más predecible perpendicular a la grieta, pero esas fuerzas no podían explicar la deformación anómala paralela a la grieta detectada por las mediciones 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 y 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 particular en respuesta al flujo del manto, las bolsas de fusión o los 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 conduciendo en la dirección este-oeste perpendicular a la grieta de parte de la deformación, pero que puede estar causando la deformación anómala hacia el norte paralela a la grieta», dijo Rajaonarison. «Hemos confirmado ideas previas de que las fuerzas de flotabilidad litosféricas están impulsando la grieta, pero traemos nueva información de que pueden ocurrir deformaciones anómalas en el este de África».

Aprender más sobre los procesos involucrados en la ruptura continental, incluidos los anómalos, ayudará a los científicos a eliminar la complejidad detrás de la ruptura de un continente, que han estado intentando durante décadas. «Estamos entusiasmados con este logro de 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