컴퓨터 모델이 과학자들이 동아프리카 지구대 시스템 아래에서 벌어지는 수수께끼 같은 변형 패턴을 설명하는 데 도움을 주고 있다. 그 결과는 지구 내부 깊은 곳에서 솟아오르는 뜨거운 맨틀 물질의 거대한 흐름인 아프리카 슈퍼플룸이 균열과 평행하게 움직이는 특이한 운동의 원천임을 지적하며, 그 아래 암석을 통과하는 지진파의 이동 방식에서도 일치하는 패턴을 보여준다.

대륙 지구대는 지구의 단단한 외부 껍질이 늘어나고 얇아지기 시작할 때 발생한다. 그 외부 껍질을 암석권이라고 하며, 지각과 맨틀의 최상부를 포함한다. 암석권이 늘어나면 응력이 가해지는 속도와 위치에 따라 다르게 행동할 수 있다. 표면 근처에서는 암석이 균열되어 단층과 지진을 일으킬 수 있다. 더 깊은 곳에서는 더 뜨거운 물질이 점진적으로 변형될 수 있다.

지구물리학자 D. 사라 스탬프스는 이러한 다양한 행동을 실리 퍼티에 비유한다. "실리 퍼티를 망치로 치면 실제로 갈라지고 부서질 수 있습니다,"라고 스탬프스는 말한다. 그는 버지니아 공대 과학대학 지구과학과 부교수다. "하지만 천천히 잡아당기면 실리 퍼티는 늘어납니다. 그래서 다른 시간 규모에서 지구의 암석권은 다른 방식으로 행동합니다."

대부분의 대륙 지구대에서 변형은 비교적 예측 가능한 패턴을 따른다. 가장 강한 움직임은 일반적으로 지각이 늘어나는 방향인 균열에 수직으로 발생한다. 지구상에서 가장 큰 대륙 지구대인 동아프리카 지구대 시스템은 예상되는 균열 수직 변형을 보여준다. 그러나 스탬프스는 12년 이상의 GPS 측정을 통해 다른 것을 발견했다: 그 지역의 일부는 균열 자체와 평행한 방향으로도 변형되고 있었다. 그 예상치 못한 움직임은 지오데시 및 지구조 물리학 연구소의 그녀 팀에게 핵심적인 수수께끼가 되었다.

《지구물리학 연구 저널》에 발표된 연구에서 연구자들은 3D 열역학 모델을 사용하여 그 특이한 변형을 일으키는 원인을 조사했다. 모델링은 뉴멕시코 공과대학의 박사후 연구원이자 버지니아 공대에서 스탬프스의 연구실에서 박사 학위를 받은 첫 번째 저자 타히리 라자오나리손이 개발했다. 시뮬레이션은 균열 평행 운동이 아프리카 슈퍼플룸과 관련된 북쪽으로 향하는 맨틀 흐름과 연결되어 있음을 나타낸다.

아프리카 슈퍼플룸은 아프리카 남서부 깊은 곳에서 시작하여 대륙을 가로질러 북동쪽으로 뻗어 있는 거대한 맨틀 물질 상승 구역이다. 북쪽으로 이동하면서 표면 아래에서 점점 얕아진다. 모델에 따르면, 이 깊은 맨틀 흐름은 단순히 늘어나는 대륙에서 기대되는 더 단순한 패턴에 맞지 않는 변형을 설명할 수 있다.

이 발견은 또한 동아프리카 지구대를 움직이는 원인에 대한 오랜 논쟁에 새로운 증거를 추가한다. 과학자들은 일반적으로 두 가지 주요 가능성에 초점을 맞춰 왔다: 암석권 부력, 맨틀 견인력, 또는 두 가지의 조합. 암석권 부력은 표면에 상대적으로 가깝게 작용한다. 암석권 내의 고도와 밀도 차이에 영향을 받는다. 동아프리카에서 중요한 특징 중 하나는 비정상적으로 높은 지형의 넓은 지역인 아프리카 슈퍼스웰이다. 맨틀 견인력은 지구 내부 더 깊은 곳에서 발생한다. 그것들은 암석권 아래 맨틀 물질의 움직임과 그 흐르는 맨틀이 그 위의 단단한 판에 가할 수 있는 힘에서 비롯된다.

스탬프스는 박사후 연구원으로 일하면서 처음으로 특이한 균열 평행 운동을 문서화하기 시작했다. 그녀는 약 25,000킬로미터 떨어진 곳에서 지구를 도는 30개 이상의 위성에서 신호를 수신하는 GPS 기지국을 사용했다. 그 측정은 밀리미터 규모의 표면 운동을 추적할 수 있을 만큼 정밀했다. 그녀의 관찰은 얕은 부력이 균열을 가로지르는 예상 운동의 많은 부분을 설명할 수 있지만, 균열을 따라 움직이는 운동은 설명할 수 없기 때문에 기존 그림을 복잡하게 만들었다.

2021년 연구에서 팀은 3D 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 두 가지 힘의 조합이 어떻게 작용하는지 테스트했다.