كشف العلماء عن مصدر تشوه غير عادي في أكبر صدع قاري على الأرض

سارا ستامبس ، باستخدام النمذجة الحرارية ثلاثية الأبعاد ، وجد البحث الذي قادته د. ويضيف هذا تعقيدًا إلى الجدل الدائر حول القوى الأولية التي تقود التصدع ، مما يشير إلى مزيج من قوى الطفو في الغلاف الصخري وقوى جر الوشاح.

تؤكد عمليات المحاكاة الحاسوبية أن العنصر الفائق الأفريقي يتسبب في حدوث تشوهات غير عادية وتباين زلزالي موازٍ للتصدع تم اكتشافه أسفل نظام صدع شرق إفريقيا.

يوضح الجيوفيزيائي د. تتعلق هذه العملية باستطالة الغلاف الصخري ، الطبقة الخارجية الصلبة للأرض. عندما يصبح الغلاف الصخري أكثر تشددًا ، تخضع الأجزاء العلوية للغلاف الصخري لتغييرات هشة ، مما يؤدي إلى حدوث كسور في الصخور وحدوث زلازل.

الطوابع ، الذي يدرس هذه العمليات باستخدام النمذجة الحاسوبية و GPS لرسم خريطة لحركات السطح بدقة مليمترية ، يقارن أنماط التشوه المختلفة للقارة المتصدعة باللعب باستخدام معجون سخيف.

قال ستامبس ، الأستاذ المشارك في قسم علوم الأرض ، وهو جزء من كلية فيرجينيا التقنية للعلوم: “إذا ضربت معجون السيللي بمطرقة ، فإنه يمكن أن يتشقق وينكسر”. “ولكن إذا قمت بفكها ببطء ، فإن المعجون السخيف يتمدد. لذلك على نطاقات زمنية مختلفة ، يتصرف الغلاف الصخري للأرض بطرق مختلفة “.

سواء في حالة التمدد أو الانكسار ، فإن التشوه الذي يأتي مع الصدع القاري عادة ما يتبع أنماط اتجاهية يمكن التنبؤ بها فيما يتعلق بالصدع: يميل التشوه إلى أن يكون عموديًا على الصدع. نظام صدع شرق إفريقيا ، أكبر نظام صدع قاري على الأرض ، لديه تلك التشوهات العمودية. ولكن بعد قياس نظام الصدع بأدوات GPS لأكثر من 12 عامًا ، لاحظ Stamps أيضًا تشوهًا سار في الاتجاه المعاكس ، بالتوازي مع صدوع النظام. عمل فريقها في مختبر الجيوديسيا والفيزياء التكتونية على معرفة السبب.

الأستاذ المساعد د. سارة ستامبس. الائتمان: Virginia Tech

في دراسة حديثة نشرت في مجلة البحوث الجيوفيزيائية، استكشف الفريق العمليات الكامنة وراء نظام شرق إفريقيا المتصدع باستخدام النمذجة الحرارية ثلاثية الأبعاد التي طورها المؤلف الأول للدراسة ، تاهيري راجاوناريسون ، باحث ما بعد الدكتوراه في New Mexico Tech الذي حصل على درجة الدكتوراه. في Virginia Tech كعضو في مختبر Stamps. أظهرت نماذجه أن التشوه الموازي للصدع في نظام الصدع يكون مدفوعًا بتدفق الوشاح باتجاه الشمال المرتبط بالسطح الأفريقي الكبير ، وهو ارتفاع هائل في الوشاح يرتفع من أعماق الأرض أسفل جنوب غرب إفريقيا ويمتد شمال شرقًا عبر القارة ، ليصبح أكثر ضحالة. لأنه يمتد شمالا.

النتائج التي توصلوا إليها ، جنبًا إلى جنب مع رؤى من دراسة نشرها الباحثون في عام 2021 باستخدام تقنيات نمذجة راجاوناريسون ، يمكن أن تساعد في توضيح النقاش العلمي حول أي قوى دافعة للصفائح تهيمن على نظام صدع شرق إفريقيا ، وهو ما يفسر كل من التشوه العمودي والصدع الموازي. : قوى الطفو في الغلاف الصخري أو قوى جر الوشاح أو كليهما.

بصفته باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه ، بدأ Stamps في مراقبة التشوه غير المعتاد والمتوازي للتصدع لنظام شرق إفريقيا باستخدام بيانات من محطات GPS التي تقيس الإشارات من أكثر من 30 قمراً صناعياً تدور حول الأرض ، من حوالي 25000 كيلومتر. أضافت ملاحظاتها طبقة من التعقيد إلى الجدل الدائر حول ما يحرك نظام الصدع.

يرى بعض العلماء أن التصدع في شرق إفريقيا مدفوع أساسًا بقوى الطفو في الغلاف الصخري ، وهي قوى ضحلة نسبيًا تُعزى أساسًا إلى التضاريس العالية لنظام الصدع ، والمعروفة باسم البئر الفائق الأفريقي ، وإلى اختلافات الكثافة في الغلاف الصخري. يشير آخرون إلى قوى جر الوشاح الأفقي ، القوى الأعمق الناشئة عن التفاعلات مع الوشاح المتدفق أفقياً تحت شرق إفريقيا ، كمحرك أساسي.

الفريق دراسة 2021 وجد من خلال المحاكاة الحاسوبية ثلاثية الأبعاد أن الصدع وتشوهه يمكن أن يكونا مدفوعين بمزيج من القوتين. أظهرت نماذجهم أن قوى الطفو في الغلاف الصخري كانت مسؤولة عن التشوه العمودي المتصدع الذي يمكن التنبؤ به بشكل أكبر ، لكن هذه القوى لا يمكن أن تفسر التشوه الشاذ الموازي للتصدع الذي التقطته قياسات GPS الخاصة بـ Stamps.

في دراستهم المنشورة حديثًا ، استخدم Rajaonarison مرة أخرى النمذجة الحرارية الميكانيكية ثلاثية الأبعاد ، هذه المرة للتركيز على مصدر التشوهات الموازية للتصدع. تؤكد نماذجه أن العمود الأفريقي الفائق مسؤول عن التشوهات غير العادية بالإضافة إلى التباين الزلزالي الموازي للتصدع الذي لوحظ تحت نظام صدع شرق إفريقيا.

تباين الخواص الزلزالية هو اتجاه أو محاذاة الصخور في اتجاه معين استجابة لتدفق الوشاح ، أو جيوب الذوبان ، أو الأقمشة الهيكلية الموجودة مسبقًا في الغلاف الصخري ، كما قال ستامبس. في هذه الحالة ، اتبعت محاذاة الصخور اتجاه تدفق الوشاح الأفريقي الكبير باتجاه الشمال ، مما يشير إلى تدفق الوشاح كمصدر لها.

قال راجاوناريسون: “نحن نقول إن تدفق الوشاح لا يقود الاتجاه الشرقي-الغربي ، المتصدع المتعامد لبعض التشوهات ، ولكنه قد يتسبب في تشوه شاذ باتجاه الشمال موازيًا للصدع”. “لقد أكدنا الأفكار السابقة التي مفادها أن قوى الطفو في الغلاف الصخري هي التي تقود الصدع ، لكننا نقدم رؤية جديدة مفادها أن التشوه غير الطبيعي يمكن أن يحدث في شرق إفريقيا.”

إن معرفة المزيد عن العمليات التي ينطوي عليها التصدع القاري ، بما في ذلك تلك الشاذة ، سيساعد العلماء على التخلص من التعقيد الكامن وراء تفكك القارة ، وهو الأمر الذي كانوا يحاولونه منذ عقود. قال ستامبس: “نحن متحمسون لهذه النتيجة من النمذجة العددية للدكتور راجاوناريسون لأنها توفر معلومات جديدة حول العمليات المعقدة التي تشكل سطح الأرض من خلال الصدع القاري”.

المرجع: “تحقيق جيوديناميكي لتفاعلات الغلاف الصخري والريش تحت الصدع الأفريقي الشرقي” بقلم طاهري أ. راجاوناريسون ود. سارة ستامبس وجون ناليبوف وأندرو نيبليد وإيمانويل أ. مجلة البحوث الجيوفيزيائية ، الأرض الصلبة.
دوى: 10.1029 / 2022JB025800