Огромный плюм под Африкой разрывает континент на части

Компьютерные модели помогают ученым объяснить загадочную картину деформаций под Восточно-Африканской рифтовой системой. Результаты указывают на Африканский суперплюм — огромный поток горячего мантийного материала глубоко внутри Земли — как на источник необычного движения, параллельного рифту, а также соответствующей картины в распространении сейсмических волн через горные породы.

Континентальный рифтогенез происходит, когда жесткая внешняя оболочка Земли, называемая литосферой, начинает растягиваться и истончаться. В зависимости от скорости и места приложения напряжения породы могут вести себя по-разному: у поверхности они раскалываются, образуя разломы и землетрясения, а на больших глубинах более горячий материал деформируется постепенно.

Геофизик Д. Сара Стэмпс сравнивает такое поведение с «умным пластилином». «Если ударить по нему молотком, он может треснуть, но если медленно растягивать, он тянется. Так и литосфера Земли ведет себя по-разному в разных временных масштабах», — пояснила она.

В большинстве континентальных рифтов деформация следует предсказуемой схеме: движение происходит перпендикулярно рифту. Однако более чем 12-летние GPS-измерения Стэмпс показали, что части Восточно-Африканской рифтовой системы также деформируются в направлении, параллельном самому рифту. Это неожиданное движение стало центральной загадкой для ее команды.

В исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research, ученые использовали 3D-термомеханические модели. Симуляции показали, что параллельное рифту движение связано с северным мантийным потоком, вызванным Африканским суперплюмом — огромной зоной поднимающегося мантийного материала, которая начинается глубоко под юго-западной Африкой и простирается на северо-восток, становясь ближе к поверхности.

Результаты также добавили новые аргументы в давний спор о движущих силах Восточно-Африканской рифтовой системы. Ученые рассматривают две основные возможности: литосферные силы плавучести, действующие вблизи поверхности, и мантийные тракционные силы, возникающие глубоко в недрах Земли.

В более раннем исследовании 2021 года команда показала, что литосферные силы плавучести объясняют знакомую деформацию, перпендикулярную рифту, но не аномальную параллельную. Новое моделирование, проведенное Тахири Раджаонарисоном, показало, что северный мантийный поток, связанный с Африканским суперплюмом, может производить наблюдаемое движение. Модели также воспроизвели сейсмическую анизотропию — явление, при котором сейсмические волны распространяются по-разному в зависимости от направления, что указывает на выравнивание минералов в направлении мантийного потока.

«Мы утверждаем, что мантийный поток не управляет деформацией в направлении восток-запад, перпендикулярной рифту, но он может вызывать аномальную северную деформацию, параллельную рифту. Мы подтвердили прежние идеи о роли литосферных сил плавучести, но привносим новое понимание того, что в Восточной Африке могут происходить аномальные деформации», — отметил Раджаонарисон.

В совокупности исследования показывают, что ни одна отдельная сила не отвечает за все процессы в Восточно-Африканской рифтовой системе. Понимание взаимодействия этих сил важно, поскольку этот регион служит естественной лабораторией для изучения того, как континенты начинают раскалываться.

Источники: sciencedaily.com, Virginia Tech