研究解释了地球上最大的大陆裂谷“东非裂谷”不寻常的变形

研究解释了地球上最大的大陆裂谷“东非裂谷”不寻常的变形。信用:CC0公共领域

（蜘蛛网eeook.com）据弗吉尼亚理工大学（苏珊·艾尔比）：计算机模型证实，非洲超级隆起是东非裂谷系统下观察到的异常变形以及裂谷平行地震各向异性的原因。

地球物理学家D. Sarah Stamps说，在大陆裂谷作用中，拉伸和断裂的混合作用深入地球内部。大陆裂谷作用涉及岩石圈的拉伸，岩石圈是地球最外层的坚硬层。随着岩石圈伸展变薄，其浅层区域经历脆性变形，伴随着岩石破裂和地震。

斯坦普斯通过使用计算机建模和全球定位系统以毫米级的精度绘制地表运动来研究这些过程，他将一个断裂大陆的不同变形方式与玩橡皮泥进行了比较。

弗吉尼亚理工大学科学学院地球科学系副教授斯坦普斯说:“如果你用锤子砸橡皮泥，它实际上可能会破裂。”。“但如果你慢慢把它拉开，橡皮泥就会伸长。所以在不同的时间尺度上，地球的岩石圈表现不同。”

无论是拉伸还是断裂，伴随大陆裂谷而来的变形通常遵循与裂谷相关的可预测的方向模式:变形倾向于垂直于裂谷。东非裂谷系统是地球上最大的大陆裂谷系统，具有垂直于裂谷的变形。但在用GPS仪器测量裂谷系统超过12年后，斯坦普斯还观察到了与系统裂缝平行的反方向变形。她在大地测量学和构造物理学实验室的团队致力于找出原因。

在最近发表在《地球物理研究杂志:固体地球》上的一项研究中，该团队利用该研究的第一作者Tahiry Rajaonarison开发的3D热机械模型探索了东非裂谷系统背后的过程，Tahiry Rajaonarison是新墨西哥理工大学的博士后研究员，他在弗吉尼亚理工大学获得博士学位，是Stamps实验室的成员。他的模型表明，裂谷系统不寻常的平行于裂谷的变形是由与非洲超级地幔柱相关的向北地幔流驱动的，这是一种巨大的地幔上涌，从西南非洲下方的地球深处升起，向东北方向穿过非洲大陆，随着向北延伸变得越来越浅。

他们的发现，加上研究人员使用Rajaonarison的建模技术在2021年发表的一项研究中的见解，可能有助于澄清关于哪个板块驱动力主导东非裂谷系统的科学辩论，解释了垂直于裂谷和平行于裂谷的变形:岩石圈浮力，地幔牵引力，或两者都有。

作为一名博士后研究人员，斯坦普斯开始利用GPS站的数据观察东非裂谷系统不寻常的平行于裂谷的变形，这些GPS站测量了来自大约25，000公里外的30多颗绕地球轨道运行的卫星的信号。她的观察给关于驱动裂缝系统的争论增加了一层复杂性。

一些科学家认为东非的裂谷主要是由岩石圈浮力驱动的，这是一种相对较浅的力，主要归因于裂谷系统的高地形，被称为非洲超级井，以及岩石圈的密度变化。其他人指出水平地幔牵引力是主要的驱动力，这是由东非地下水平流动的地幔相互作用产生的更深层的力。

该团队2021年的研究通过3D计算模拟发现，裂缝及其变形可能是由两种力的组合驱动的。他们的模型表明，岩石圈浮力是更可预测的垂直于裂谷的变形的原因，但这些力无法解释斯坦普斯的GPS测量发现的异常的平行于裂谷的变形。

在他们新发表的研究中，Rajaonarison再次使用3D热力学建模，这一次专注于裂谷平行变形的来源。他的模型证实了非洲超级隆起是东非裂谷系统下观察到的异常变形以及平行于裂谷的地震各向异性的原因。

斯坦普斯说，地震各向异性是岩石在特定方向上的取向或排列，以响应地幔流、熔体袋或岩石圈中预先存在的结构组构。在这种情况下，岩石的排列遵循非洲超级地幔柱向北地幔流的方向，这表明地幔流是它们的来源。

Rajaonarison说:“我们说地幔流并没有驱动某些垂直于裂谷的东西方向的变形，但它可能导致平行于裂谷的异常向北变形。”“我们证实了以前的想法，即岩石圈浮力正在推动裂谷，但我们带来了新的见解，即异常变形可能发生在东非。”

更多地了解大陆断裂的过程，包括这些异常的过程，将有助于科学家破解大陆断裂背后的复杂性，这是他们几十年来一直试图解决的问题。“我们对Rajaonarison博士的数值模拟结果感到兴奋，因为它提供了关于通过大陆裂谷塑造地球表面的复杂过程的新信息，”Stamps说。