Głębokie impulsy ziemskie wykryte pod rowem Afar, gdzie Afryka powoli się rozpada



Naukowcy odkryli rytmiczne impulsy gorącego materiału płaszcza głębokiego pod systemem rowów tektonicznych Afar we wschodniej Afryce – regionie, w którym kontynent stopniowo rozrywa się wzdłuż trzech ramion rowów tektonicznych.

Badanie opiera się na ponad 130 próbkach skał wulkanicznych i pokazuje, że skład płaszcza wznoszącego się w górę jest zróżnicowany i charakteryzuje się różnicami w grubości skorupy ziemskiej oraz prędkości rozprzestrzeniania się w Morzu Czerwonym, Zatoce Adeńskiej i głównym systemie rowów w Etiopii. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Geoscience, przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Southampton, pokazuje, że płaszcz wznoszący się pod potrójnym złączeniem Afar we wschodniej Afryce – geologicznie złożonym regionie, w którym spotykają się płyty arabijska, nubijska i somalijska – jest nie tylko niejednorodny, ale także dynamiczny.

Naukowcy odkryli rytmiczne impulsy gorącego materiału płaszcza, który unosi się z głębin i w zależności od lokalnych warunków tektonicznych w różny sposób oddziałuje na pokrywającą go litosferę. Region Afar jest jednym z niewielu miejsc na lądzie, gdzie aktywnie zachodzi proces rozrywania kontynentu. Wyznacza ona miejsce spotkania trzech płyt tektonicznych i jest częścią szerszej strefy, w której kontynent afrykański stopniowo się rozrywa.

Dzięki nowym danym geochemicznym i istniejącym zapisom naukowcy wykazali, że pod tym regionem znajduje się pojedyncza, pulsująca siła wyporu płaszcza. Prądy te oddziałują w różny sposób na każde z trzech ramion szczeliny, w zależności od różnic w grubości skorupy ziemskiej i prędkości rozprzestrzeniania się. Zespół przeanalizował ponad 130 próbek skał wulkanicznych z czwartorzędu z Morza Czerwonego (RSR), Zatoki Adeńskiej (GoA) i Wielkiej Riftowej Doliny Etiopskiej (MER), podwajając tym samym istniejący zbiór danych geochemicznych. Zmierzyli skład pierwiastków głównych i śladowych oraz izotopów radiogenicznych (stront, neodym, ołów) i skorelowali je z prędkościami sejsmicznymi i danymi dotyczącymi grubości skorupy ziemskiej.

Stwierdzono szeroki zakres stosunków izotopowych i wskaźników pierwiastków śladowych, które potwierdzają model heterogeniczności składu w źródle płaszcza wznoszącego. Te wzorce chemiczne powtarzają się w całym systemie ryftowym i wskazują na epizodyczne impulsy topnienia z głębi.

Za pomocą modeli statystycznych, takich jak regresja semiparametryczna z splajnami i analiza skupień K-Means, naukowcy przetestowali różne scenariusze geodynamiczne. Najbardziej wydajny model (C1D) wykazał pojedynczy wypiętrzenie płaszcza, którego skład zmieniał się w przestrzeni i tworzył różne wzorce geochemiczne wzdłuż każdego rowka. Produkcja i skład stopionego materiału zmieniały się wraz z odległością od centrum wypiętrzenia, ale każde ramię rowka reagowało inaczej na tę zmianę.

Rów Morza Czerwonego, który rozszerza się szybciej (14,5–15,5 mm rocznie) i ma cieńszą skorupę (16–25 km), wykazuje większe różnice geochemiczne, co wskazuje na bardziej wydajny przepływ płaszcza i stopionego materiału.

Natomiast główny rów Etiopii, który rozszerza się wolniej (około 5,2 mm rocznie) i ma grubszą skorupę (25–33 km), wykazuje mniejsze odległości między zmianami geochemicznymi, co sugeruje, że przepływ płaszcza jest tam bardziej ograniczony. Dane dotyczące prędkości sejsmicznej, z prędkościami fal poprzecznych od 3,81 do 4,17 km/s (2,37 do 2,59 mps) na głębokościach od 40 do 120 km (25 do 75 mil), potwierdzają istnienie stref częściowego stopienia poniżej osi grzbietów. Zmiany w stosunku lantan do samaru (La/Sm) i wzbogacenie niobu w regionie odzwierciedlają różnice w zakresie stopienia płaszcza i prawdopodobnie również w głębokości, na której się ono rozpoczyna.

Istnieje również wyraźna odwrotna zależność między stosunkiem ceru do ołowiu (Ce/Pb) a grubością skorupy. Wskazuje to, że magma w większości miejsc nie wchłonęła zbyt wiele materiału ze skorupy ziemskiej podczas swojego ruchu w górę. Analiza klastrowa wykazała powtarzające się wzorce geochemiczne w różnych ramionach rowów. Zostały one zinterpretowane jako wyraźne impulsy topnienia, które rozłożyły się między rowami i zostały ukształtowane przez lokalne warunki tektoniczne. Te skupiska geochemiczne nie pokrywają się z segmentacją powierzchni wulkanicznej, co wskazuje na głębokie, prawdopodobnie pulsujące procesy płaszcza pod podstawą litosfery.

Wyniki pokazują, że dynamika litosfery odgrywa kluczową rolę w powstawaniu wypływów płaszcza podczas riftingu kontynentalnego. Rozwój magmatyzmu płaszcza w Afar nie jest kontrolowany wyłącznie przez pióropusze, ale także przez geometrię i mechanikę płyty nadległej.

W związku z tym niniejsza praca stanowi kolejny dowód na to, że pióropusze płaszcza zasilające rowy kontynentalne mają zróżnicowany skład i mogą być silnie uzależnione od struktury i dynamiki płyty nadległej.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl