Modelos computacionais estão ajudando os cientistas a explicar um padrão intrigante de deformação abaixo do Sistema de Rifts da África Oriental. Os resultados apontam para a Superpluma Africana, uma protuberância gigante de material quente do manto nas profundezas da Terra, como a fonte do movimento incomum que corre paralelo à fenda, bem como um padrão correspondente na forma como as ondas sísmicas viajam através das rochas abaixo.
A fenda continental ocorre quando a camada externa rígida da Terra começa a esticar e afinar. Essa camada externa, chamada litosfera, inclui a crosta e a parte superior do manto.
À medida que a litosfera se separa, ela pode se comportar de maneira diferente dependendo da rapidez e de onde a tensão é aplicada. Perto da superfície, as rochas podem quebrar, causando falhas e terremotos. Materiais mais profundos e quentes podem deformar-se lentamente.
A geofísica D. Sarah Stamps compara esses diferentes comportamentos ao Silly Putty.
“Se você bater no Silly Putty com um martelo, ele pode rachar e quebrar”, disse Stamps, professor associado do Departamento de Geologia da Faculdade de Ciências da Virginia Tech. “Mas se você separar lentamente, a massa boba se estica. Então, em diferentes escalas de tempo, a litosfera da Terra se comporta de maneiras diferentes.”
Na maioria das fendas continentais, a deformação segue um padrão relativamente previsível. O movimento mais forte geralmente ocorre perpendicularmente à fissura, na direção em que a crosta está se afastando.
O Sistema de Rift da África Oriental, o maior sistema de rift continental da Terra, mostra a deformação perpendicular do rift esperada. Mas depois de mais de 12 anos de medições GPS, Stamp descobriu outra coisa. Partes da área também estavam se deformando em direção paralela à fissura.
Esse movimento inesperado tornou-se um mistério central para sua equipe no Laboratório de Geodésia e Tectonofísica.
Uma superpluma gigante sob a África
Em um estudo publicado em Jornal de Pesquisa Geofísica, Os pesquisadores usaram modelos termomecânicos 3D para investigar o que poderia estar causando a deformação incomum.
A modelagem foi desenvolvida pelo primeiro autor Tahiri Rajaonarisan, pesquisador de pós-doutorado na New Mexico Tech que recebeu seu doutorado. Tinha ganhado. Enquanto trabalhava no Stamps Lab da Virginia Tech.
As simulações indicam que o movimento paralelo da fenda está ligado ao fluxo do manto para norte associado à superpluma africana.
A superpluma africana é uma vasta região de material ascendente do manto que começa nas profundezas do sudoeste da África e se estende para nordeste através do continente. À medida que se move para o norte, torna-se progressivamente mais raso abaixo da superfície.
De acordo com os modelos, este fluxo profundo do manto pode causar deformações que não se enquadram no padrão simples esperado de um continente sendo dilacerado.
Duas forças podem moldar a rachadura
As descobertas também acrescentam novas evidências ao longo debate sobre o que impulsiona o Sistema de Rift da África Oriental.
Os cientistas geralmente se concentram em duas possibilidades principais: forças de empuxo litosféricas, forças de tração do manto ou alguma combinação das duas.
As forças de empuxo litosféricas atuam relativamente perto da superfície. Eles são afetados por diferenças de altitude e densidade na litosfera. Na África Oriental, uma característica significativa é o Superswell Africano, uma ampla área de topografia invulgarmente alta.
As forças de tração do manto originam-se nas profundezas da Terra. Eles resultam do movimento do material do manto abaixo da litosfera e da força que o manto fluido pode exercer sobre a placa rígida acima dele.
Stamps começou a documentar movimentos paralelos incomuns de fissuras enquanto trabalhava como pesquisador de pós-doutorado. Utilizou estações GPS que receberam sinais de mais de 30 satélites que orbitam a Terra a cerca de 25 mil quilómetros de distância.
Essas medições foram precisas o suficiente para rastrear o movimento da superfície na escala milimétrica.
Suas observações complicaram o quadro existente porque forças de empuxo rasas podem explicar o movimento esperado através da fissura, mas não o movimento ao longo dela.
Modelos anteriores apontavam para uma combinação
um em Estudo de 2021A equipe usou simulações computacionais 3D para testar como os dois conjuntos de forças poderiam interagir.
Esses modelos sugeriam que ambos poderiam ser importantes.
As forças de empuxo litosféricas parecem ser responsáveis pela deformação mais familiar que ocorre perpendicularmente à fenda. No entanto, eles não conseguiram reproduzir a distorção incomum que Stamps mediu ao mover-se paralelamente a ela.
Isso levou os pesquisadores a procurar outro mecanismo.
No novo estudo, Rajonarisan usou novamente modelagem termomecânica 3D, desta vez focando especificamente na deformação inexplicável de fissuras paralelas.
Os modelos sugeriram que o fluxo do manto para o norte associado à Superpluma Africana poderia produzir o movimento observado.
Eles também reproduziram outra característica importante abaixo da fenda: anisotropia sísmica paralela à fenda.
O que a anisotropia sísmica revela?
A anisotropia sísmica refere-se a uma condição na qual as ondas sísmicas viajam de maneira diferente dependendo da direção em que viajam através da rocha.
Isso pode acontecer quando as estruturas minerais e rochosas se alinham. Os alinhamentos podem ser criados por fluxos do manto, espaços de fusão ou estruturas mais antigas já presentes na litosfera.
Neste caso, a orientação das rochas corresponde à direcção do fluxo do manto para norte sobre a superpluma africana.
Este acordo fornece outra pista de que a actividade do manto profundo está a influenciar a deformação invulgar observada na superfície.
“Estamos dizendo que o fluxo do manto não está conduzindo na direção leste-oeste, perpendicular à fenda, de algumas das deformações, mas sim pode estar causando deformações incomuns em direção ao norte paralelamente à fenda”, disse Rajonarisan. “Confirmamos ideias anteriores de que as forças de flutuação litosféricas estão a causar rachaduras, mas estamos a trazer uma nova visão sobre o que pode estar a causar a deformação incomum na África Oriental.”
Um quadro mais complexo da dissolução continental
No geral, os estudos mostram que nenhuma força é responsável por tudo o que acontece no Sistema de Rift da África Oriental.
As forças de empuxo litosféricas rasas parecem desempenhar um papel importante no alongamento mais típico da fenda. Além disso, o fluxo profundo do manto associado à superpluma africana pode ser responsável pela deformação incomum em direção ao norte e pela assinatura sísmica abaixo dela.
É importante compreender como essas forças interagem porque o Rift da África Oriental proporciona aos cientistas um laboratório natural para estudar como os continentes começam a se separar.
Os investigadores passaram décadas a tentar compreender toda a gama de processos envolvidos no rifteamento continental, desde o movimento do manto profundo até fissuras superficiais e terramotos.
“Estamos entusiasmados com este resultado da modelagem numérica do Dr. Rajonarisan porque fornece novas informações sobre os processos complexos que moldam a superfície da Terra através do rifteamento continental”, disse Stamps.
