Les recherches menées par D. Sarah Stamps, utilisant la modélisation thermomécanique 3D, ont révélé que le Superpanache africain, une remontée massive du manteau, provoque des déformations inhabituelles parallèles au rift observées dans le système du rift est-africain. Cela ajoute de la complexité au débat autour des forces primaires à l’origine du rifting, suggérant une combinaison de forces de poussée lithosphérique et de forces de traction du manteau.
Les simulations informatiques confirment que le Superpanache africain provoque des déformations inhabituelles et une anisotropie sismique parallèle au rift détectées sous le système du rift est-africain.
Le rift continental implique une combinaison d’étirement et de fracturation qui pénètre profondément dans la Terre, explique la géophysicienne D. Sarah Stamps. Ce processus concerne l’allongement de la lithosphère, la couche externe rigide de la Terre. À mesure qu’elle devient plus tendue, les parties supérieures de la lithosphère subissent des changements fragiles, entraînant des fractures rocheuses et des tremblements de terre.
Stamps, qui étudie ces processus en utilisant la modélisation informatique et GPS pour cartographier les mouvements de surface avec une précision millimétrique, compare les différents styles de déformation d’un continent en fracture avec un jeu avec Silly Putty.
« Si vous frappez Silly Putty avec un marteau, il peut se fissurer et se briser », a déclaré Stamps, professeur agrégé au Département des géosciences du Virginia Tech College of Science. «Mais si vous le démontez lentement, le Silly Putty s’étire. Ainsi, à différentes échelles de temps, la lithosphère terrestre se comporte de différentes manières.
Qu’il s’agisse d’étirement ou de rupture, la déformation qui accompagne le rift continental suit généralement des schémas directionnels prévisibles par rapport au rift : la déformation a tendance à être perpendiculaire au rift. Le système de rift est-africain, le plus grand système de rift continental de la Terre, présente ces déformations perpendiculaires au rift. Mais après avoir mesuré le système de failles avec des instruments GPS pendant plus de 12 ans, Stamps a également observé une déformation qui allait dans la direction opposée, parallèlement aux failles du système. Son équipe du laboratoire de géodésie et de tectonophysique a cherché à comprendre pourquoi.
Professeur adjoint D. Sarah Stamps. Crédit : Virginia Tech
Dans une étude récente publiée dans le Journal de recherche géophysique, l’équipe a exploré les processus à l’origine du système du Rift est-africain à l’aide d’une modélisation thermomécanique 3D développée par le premier auteur de l’étude, Tahiry Rajaonarison, chercheur postdoctoral à New Mexico Tech qui a obtenu son doctorat. à Virginia Tech en tant que membre du laboratoire de Stamps. Ses modèles ont montré que la déformation inhabituelle et parallèle du système de rift est provoquée par l’écoulement du manteau vers le nord associé au Superpanache africain, une remontée massive du manteau qui s’élève des profondeurs de la Terre sous le sud-ouest de l’Afrique et se dirige vers le nord-est à travers le continent, devenant ainsi plus peu profond. à mesure qu’il s’étend vers le nord.
Leurs résultats, combinés aux informations d’une étude publiée par les chercheurs en 2021 utilisant les techniques de modélisation de Rajaonarison, pourraient aider à clarifier le débat scientifique sur les forces motrices des plaques qui dominent le système du rift est-africain, expliquant à la fois sa déformation perpendiculaire et parallèle au rift. : forces de poussée lithosphérique, forces de traction du manteau, ou les deux.
En tant que chercheur postdoctoral, Stamps a commencé à observer la déformation inhabituelle et parallèle du système du rift est-africain à l’aide de données provenant de stations GPS qui mesuraient les signaux de plus de 30 satellites en orbite autour de la Terre, à environ 25 000 kilomètres de distance. Ses observations ont ajouté une couche de complexité au débat sur ce qui motive le système de faille.
Certains scientifiques considèrent que le rift en Afrique de l’Est est principalement dû aux forces de flottabilité lithosphériques, qui sont des forces relativement peu profondes attribuées principalement à la topographie élevée du système de rift, connue sous le nom de Superswell africain, et aux variations de densité dans la lithosphère. D’autres soulignent que les forces de traction horizontales du manteau, les forces plus profondes résultant des interactions avec le manteau s’écoulant horizontalement sous l’Afrique de l’Est, sont le principal moteur.
L’étude de l’équipe de 2021 a révélé, grâce à des simulations informatiques 3D, que la faille et sa déformation pourraient être provoquées par une combinaison des deux forces. Leurs modèles ont montré que les forces de flottabilité lithosphériques étaient responsables de la déformation perpendiculaire au rift, plus prévisible, mais ces forces ne pouvaient pas expliquer la déformation anormale parallèle au rift détectée par les mesures GPS de Stamps.
Dans son étude récemment publiée, Rajaonarison a de nouveau utilisé la modélisation thermomécanique 3D, cette fois pour se concentrer sur la source des déformations parallèles au rift. Ses modèles confirment que le Superpanache africain est responsable des déformations inhabituelles ainsi que de l’anisotropie sismique parallèle au rift observées sous le système du rift est-africain.
L’anisotropie sismique est l’orientation ou l’alignement des roches dans une direction particulière en réponse à l’écoulement du manteau, aux poches de fonte ou aux tissus structurels préexistants dans la lithosphère, a déclaré Stamps. Dans ce cas, l’alignement des roches a suivi la direction de l’écoulement mantellique du Superpanache africain vers le nord, ce qui suggère que l’écoulement mantellique en est la source.
« Nous disons que le flux mantellique ne dirige pas certaines déformations dans la direction est-ouest, perpendiculaire au rift, mais qu’il peut être à l’origine d’une déformation anormale vers le nord parallèle au rift », a déclaré Rajaonarison. « Nous avons confirmé les idées précédentes selon lesquelles les forces de flottabilité lithosphériques seraient à l’origine de la faille, mais nous apportons de nouvelles informations sur le fait qu’une déformation anormale peut se produire en Afrique de l’Est. »
En savoir plus sur les processus impliqués dans la rupture des continents, y compris ces processus anormaux, aidera les scientifiques à comprendre la complexité derrière la rupture d’un continent, ce qu’ils tentent depuis des décennies. « Nous sommes enthousiasmés par ce résultat de la modélisation numérique du Dr Rajaonarison, car il fournit de nouvelles informations sur les processus complexes qui façonnent la surface de la Terre à travers le rifting continental », a déclaré Stamps.
