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
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(lǐng)域
（神秘的研究地球uux.cn）據(jù)弗吉尼亞理工大學(xué)（蘇珊·艾爾比）：計算機模型證實，非洲超級隆起是解釋東非裂谷系統(tǒng)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(xué)家D. Sarah Stamps說，地球大的大陸在大陸裂谷作用中，上最拉伸和斷裂的裂谷混合作用深入地球內(nèi)部。大陸裂谷作用涉及巖石圈的不尋變形拉伸，巖石圈是東非裂谷地球最外層的堅硬層。隨著巖石圈伸展變薄，研究其淺層區(qū)域經(jīng)歷脆性變形，解釋伴隨著巖石破裂和地震。地球大的大陸
斯坦普斯通過使用計算機建模和全球定位系統(tǒng)以毫米級的上最精度繪制地表運動來研究這些過程，他將一個斷裂大陸的裂谷不同變形方式與玩橡皮泥進行了比較。
弗吉尼亞理工大學(xué)科學(xué)學(xué)院地球科學(xué)系副教授斯坦普斯說:“如果你用錘子砸橡皮泥，不尋變形它實際上可能會破裂。東非裂谷”。“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(xiàn)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(guān)的可預(yù)測的方向模式:變形傾向于垂直于裂谷。東非裂谷系統(tǒng)是地球上最大的大陸裂谷系統(tǒng)，具有垂直于裂谷的變形。但在用GPS儀器測量裂谷系統(tǒng)超過12年后，斯坦普斯還觀察到了與系統(tǒng)裂縫平行的反方向變形。她在大地測量學(xué)和構(gòu)造物理學(xué)實驗室的團隊致力于找出原因。
在最近發(fā)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(fā)的3D熱機械模型探索了東非裂谷系統(tǒng)背后的過程，Tahiry Rajaonarison是新墨西哥理工大學(xué)的博士后研究員，他在弗吉尼亞理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，是Stamps實驗室的成員。他的模型表明，裂谷系統(tǒng)不尋常的平行于裂谷的變形是由與非洲超級地幔柱相關(guān)的向北地幔流驅(qū)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(fā)現(xiàn)，加上研究人員使用Rajaonarison的建模技術(shù)在2021年發(fā)表的一項研究中的見解，可能有助于澄清關(guān)于哪個板塊驅(qū)動力主導(dǎo)東非裂谷系統(tǒng)的科學(xué)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(shù)據(jù)觀察東非裂谷系統(tǒng)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(wèi)星的信號。她的觀察給關(guān)于驅(qū)動裂縫系統(tǒng)的爭論增加了一層復(fù)雜性。
一些科學(xué)家認(rèn)為東非的裂谷主要是由巖石圈浮力驅(qū)動的，這是一種相對較淺的力，主要歸因于裂谷系統(tǒng)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(qū)動力，這是由東非地下水平流動的地幔相互作用產(chǎn)生的更深層的力。
該團隊2021年的研究通過3D計算模擬發(fā)現(xiàn)，裂縫及其變形可能是由兩種力的組合驅(qū)動的。他們的模型表明，巖石圈浮力是更可預(yù)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(fā)現(xiàn)的異常的平行于裂谷的變形。
在他們新發(fā)表的研究中，Rajaonarison再次使用3D熱力學(xué)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(tǒng)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(yīng)地幔流、熔體袋或巖石圈中預(yù)先存在的結(jié)構(gòu)組構(gòu)。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(qū)動某些垂直于裂谷的東西方向的變形，但它可能導(dǎo)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(fā)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(xué)家破解大陸斷裂背后的復(fù)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(shù)值模擬結(jié)果感到興奮，因為它提供了關(guān)于通過大陸裂谷塑造地球表面的復(fù)雜過程的新信息，”Stamps說。
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