研究解釋了地球上最大的大陸裂谷“東非裂谷”不尋常的變形 _地球

研究解釋了地球上最大的大陸裂谷“東非裂谷”不尋常的變形。信用:CC0公共領域
據弗吉尼亞理工大學（蘇珊·艾爾比）：計算機模型證實，非洲超級隆起是東非裂谷系統下觀察到的異常變形以及裂谷平行地震各向異性的原因。
地球物理學家D. Sarah Stamps說，在大陸裂谷作用中，拉伸和斷裂的混合作用深入地球內部。大陸裂谷作用涉及巖石圈的拉伸，巖石圈是地球最外層的堅硬層。隨著巖石圈伸展變?。淝巢闈蚓嘈員湫?nbsp;，伴隨著巖石破裂和地震。
斯坦普斯通過使用計算機建模和全球定位系統以毫米級的精度繪制地表運動來研究這些過程，他將一個斷裂大陸的不同變形方式與玩橡皮泥進行了比較。
弗吉尼亞理工大學科學學院地球科學系副教授斯坦普斯說:“如果你用錘子砸橡皮泥，它實際上可能會破裂。” 。“但如果你慢慢把它拉開，橡皮泥就會伸長。所以在不同的時間尺度上，地球的巖石圈表現不同。”
無論是拉伸還是斷裂，伴隨大陸裂谷而來的變形通常遵循與裂谷相關的可預測的方向模式:變形傾向于垂直于裂谷。東非裂谷系統是地球上最大的大陸裂谷系統，具有垂直于裂谷的變形。但在用GPS儀器測量裂谷系統超過12年后，斯坦普斯還觀察到了與系統裂縫平行的反方向變形。她在大地測量學和構造物理學實驗室的團隊致力于找出原因。
在最近發表在《地球物理研究雜志:固體地球》上的一項研究中，該團隊利用該研究的第一作者Tahiry Rajaonarison開發的3D熱機械模型探索了東非裂谷系統背后的過程，Tahiry Rajaonarison是新墨西哥理工大學的博士后研究員，他在弗吉尼亞理工大學獲得博士學位，是Stamps實驗室的成員。他的模型表明，裂谷系統不尋常的平行于裂谷的變形是由與非洲超級地幔柱相關的向北地幔流驅動的，這是一種巨大的地幔上涌，從西南非洲下方的地球深處升起，向東北方向穿過非洲大陸，隨著向北延伸變得越來越淺。
他們的發現，加上研究人員使用Rajaonarison的建模技術在2021年發表的一項研究中的見解，可能有助于澄清關于哪個板塊驅動力主導東非裂谷系統的科學辯論，解釋了垂直于裂谷和平行于裂谷的變形:巖石圈浮力，地幔牽引力，或兩者都有。
作為一名博士后研究人員，斯坦普斯開始利用GPS站的數據觀察東非裂谷系統不尋常的平行于裂谷的變形，這些GPS站測量了來自大約25，000公里外的30多顆繞地球軌道運行的衛星的信號。她的觀察給關于驅動裂縫系統的爭論增加了一層復雜性。
一些科學家認為東非的裂谷主要是由巖石圈浮力驅動的，這是一種相對較淺的力，主要歸因于裂谷系統的高地形，被稱為非洲超級井，以及巖石圈的密度變化。其他人指出水平地幔牽引力是主要的驅動力，這是由東非地下水平流動的地幔相互作用產生的更深層的力。
該團隊2021年的研究通過3D計算模擬發現，裂縫及其變形可能是由兩種力的組合驅動的。他們的模型表明，巖石圈浮力是更可預測的垂直于裂谷的變形的原因，但這些力無法解釋斯坦普斯的GPS測量發現的異常的平行于裂谷的變形。
在他們新發表的研究中，Rajaonarison再次使用3D熱力學建模，這一次專注于裂谷平行變形的來源。他的模型證實了非洲超級隆起是東非裂谷系統下觀察到的異常變形以及平行于裂谷的地震各向異性的原因。
斯坦普斯說，地震各向異性是巖石在特定方向上的取向或排列，以響應地幔流、熔體袋或巖石圈中預先存在的結構組構。在這種情況下，巖石的排列遵循非洲超級地幔柱向北地幔流的方向，這表明地幔流是它們的來源。
Rajaonarison說:“我們說地幔流并沒有驅動某些垂直于裂谷的東西方向的變形，但它可能導致平行于裂谷的異常向北變形。”“我們證實了以前的想法，即巖石圈浮力正在推動裂谷，但我們帶來了新的見解，即異常變形可能發生在東非。”
更多地了解大陸斷裂的過程，包括這些異常的過程，將有助于科學家破解大陸斷裂背后的復雜性，這是他們幾十年來一直試圖解決的問題。“我們對Rajaonarison博士的數值模擬結果感到興奮，因為它提供了關于通過大陸裂谷塑造地球表面的復雜過程的新信息，”Stamps說。