د. استخدمت الأبحاث التي قادتها سارة ستامبس النمذجة الميكانيكية الحرارية ثلاثية الأبعاد لإيجاد أن العمود الأفريقي الفائق ، وهو عمود وشاح كبير ، يتسبب في حدوث تشوهات موازية للتصدع غير عادية لوحظت في نظام صدع شرق إفريقيا. يضيف هذا تعقيدًا إلى الجدل الدائر حول القوى الأولية الدافعة للتصدع ، مما يشير إلى مزيج من قوى الطفو في الغلاف الصخري وقوى سحب الوشاح.
تؤكد عمليات المحاكاة الحاسوبية أن العمود الأفريقي الفائق يسبب تشوهات غير عادية وتباين زلزالي موازٍ للصدع تم اكتشافه أسفل نظام صدع شرق إفريقيا.
وفقًا للجيوفيزيائي د. توضح سارة ستامبس. ترتبط هذه العملية بتمدد الغلاف الصخري ، الطبقة الخارجية الصلبة للأرض. نظرًا لكونه ضيقًا للغاية ، فإن الأجزاء العلوية من الغلاف الصخري تخضع لتغييرات هشة ، مما يؤدي إلى حدوث كسور في الصخور وزلازل.
سوف تدرس الأختام هذه العمليات باستخدام نمذجة الكمبيوتر و GPS يقارن اللعب باستخدام معجون سخيف بين أنماط التشوه المختلفة لقارة متصدعة لرسم خريطة لحركات السطح بدقة مليمترية.
قال ستامبس ، الأستاذ المساعد في قسم علوم الأرض ، وهو جزء من كلية فيرجينيا التقنية للعلوم: “إذا ضربت معجون السيللي بمطرقة ، فسوف يتشقق وينكسر”. “ولكن إذا قمت بسحبها ببطء ، فإن المعجون السخيف يتمدد. لذلك على نطاقات زمنية مختلفة ، يتصرف الغلاف الصخري للأرض بطرق مختلفة.
في حالة التمدد أو التمزق ، يتبع التشوه المصاحب للتصدع القاري عمومًا أنماط اتجاه يمكن التنبؤ بها بالنسبة إلى الصدع: يكون التشوه عموديًا على الصدع. يحتوي نظام صدع شرق إفريقيا ، وهو أكبر نظام صدع قاري على الأرض ، على تلك الصدوع العمودية. ولكن بعد أكثر من 12 عامًا من قياس نظام الصدع بأدوات GPS ، لاحظت Seals أيضًا حدوث تشوه في الاتجاه المعاكس بالتوازي مع صدوع النظام. عمل فريقه في مختبر الجيوديسيا والفيزياء التكتونية لمعرفة السبب.
أستاذ مساعد د. سارة ستامبس. الائتمان: Virginia Tech
في دراسة حديثة نشرت في مجلة البحوث الجيوفيزيائيةقام الفريق بالتحقيق في العمليات الكامنة وراء نظام شرق إفريقيا المتصدع باستخدام النمذجة الحرارية ثلاثية الأبعاد التي طورها المؤلف الأول للدراسة ، تاهيري راجاوناريسون ، باحثة ما بعد الدكتوراه في New Mexico Tech والتي حصلت على درجة الدكتوراه. وهو عضو في مختبر الطوابع في Virginia Tech. تُظهِر نماذجه أن التشوه غير العادي والمتوازي للتصدع لنظام الصدع مدفوع بتدفق الوشاح باتجاه الشمال المرتبط بالحجم الأفريقي الفائق ، الذي يرتفع من أعماق الأرض أسفل جنوب غرب إفريقيا ويتحرك شمال شرقًا عبر القارة ليصبح أكثر ضحالة. يمتد باتجاه الشمال.
ستساعد النتائج التي توصلوا إليها ، جنبًا إلى جنب مع رؤى من دراسة عام 2021 نشرها باحثون باستخدام تقنيات راجاوناريسان للنمذجة ، في توضيح الجدل العلمي حول أي قوى دافعة للصفائح تهيمن على نظام صدع شرق إفريقيا: قوى الطفو في الغلاف الصخري ، وقوى سحب الوشاح ، أو كليهما.
بصفته باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه ، درس سيلز التشوه غير العادي والمتوازي للتصدع لنظام شرق إفريقيا المتصدع باستخدام بيانات من محطات GPS وقياس الإشارات من أكثر من 30 قمراً صناعياً يدور حول الأرض من مسافة 25000 كيلومتر. تضيف ملاحظاته طبقة من التعقيد إلى الجدل حول ما يحرك نظام الصدع.
يرى بعض العلماء أن التصدع في شرق إفريقيا مدفوع بشكل أساسي بقوى الطفو في الغلاف الصخري ، وهي قوى ضحلة نسبيًا بسبب التضاريس العالية لنظام الصدع المعروف باسم البئر الفائق الأفريقي وتغيرات الكثافة في الغلاف الصخري. ويشير آخرون إلى قوى سحب الوشاح الأفقي ، وهي قوى عميقة تنشأ عن ملامسة الوشاح الأفقي المتدفق أسفل شرق إفريقيا ، باعتبارها المحرك الأساسي.
من الفريق دراسة 2021 وجد من خلال عمليات المحاكاة الحسابية ثلاثية الأبعاد أن الانشطار وتمزقه قد يكون مدفوعًا بمزيج من قوتين. أظهرت نماذجهم أن قوى الطفو في الغلاف الصخري كانت مسؤولة عن التشوه العمودي المتصدع الذي يمكن التنبؤ به ، لكن هذه القوى لم تستطع تفسير التشوه الشاذ الموازي للتصدع الذي التقطته قياسات GPS للأختام.
في الدراسة المنشورة حديثًا ، استخدم Rajonarison مرة أخرى النمذجة الحرارية ثلاثية الأبعاد ، مع التركيز هذه المرة على مصدر التشوهات الموازية للانقسام. تؤكد نماذجه أن الطبقة الفائقة الأفريقية مسؤولة عن التشوهات غير العادية والتباين 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 ذوبان الجيوب أو الأقمشة الهيكلية الموجودة مسبقًا في الغلاف الصخري ، كما قال ستامبس. في هذه الحالة ، اتبعت محاذاة الصخور اتجاه تدفق الوشاح باتجاه الشمال للحرير الأفريقي الفائق ، مما يشير إلى تدفق الوشاح كمصدر لها.
وقال راجوناريسين: “نقترح أن تدفق الوشاح لا يقود الاتجاه الشرقي-الغربي المتصدع المتعامد لبعض التشوه ، لكنه قد يتسبب في تشوه غير منتظم باتجاه الشمال موازيًا للصدع”. “لقد أكدنا الأفكار السابقة التي مفادها أن قوى الطفو في الغلاف الصخري أدت إلى حدوث صدع ، لكننا نقدم رؤية جديدة مفادها أن التحول غير المنتظم ربما حدث في شرق إفريقيا.”
إن معرفة المزيد عن العمليات التي ينطوي عليها التصدع القاري ، بما في ذلك هذه المفارقات ، سيساعد العلماء على التفكير في المشكلة الكامنة وراء تفكك القارة التي كان العلماء يحاولون اكتشافها منذ عقود. قال Stamps: “نحن متحمسون لهذه النتيجة من النمذجة العددية للدكتور Rajaonarisan لأنها توفر معلومات جديدة حول العمليات المعقدة التي تشكل سطح الأرض من خلال الصدع القاري”.
ملحوظة: Tahiri A. راجاوناريسان ، د. سارة ستامبس ، جون ناليبوف ، أندرو نيبليد ، وإيمانويل أ. Njinju ، 27 مارس 2023 ، “دراسة جيوديناميكية لتفاعلات البرق والليثوسفير تحت صدع شرق إفريقيا” مجلة البحوث الجيوفيزيائية ، الأرض الصلبة.
دوى: 10.1029 / 2022JB025800
