Dator modeller hjälper forskare att förklara ett förbryllande deformationsmönster under det östafrikanska rift systemet. Resultaten pekar på den afrikanska superplymen, en enorm uppvällning av het mantelmaterial djupt inne i jorden, som källan till ovanlig rörelse som löper parallellt med riftdalen, samt ett matchande mönster i hur seismiska vågor färdas genom berggrunden nedanför.

Kontinental riftning sker när jordens styva yttre skal börjar sträckas och tunnas ut. Det yttre skalet, kallat litosfären, inkluderar jordskorpan och den översta delen av manteln. När litosfären dras isär kan den bete sig olika beroende på hur snabbt och var stressen appliceras. Nära ytan kan bergarter spricka, vilket producerar förkastningar och jordbävningar. Djupare ner kan varmare material deformeras mer gradvis.

Geofysikern D. Sarah Stamps jämför dessa olika beteenden med Silly Putty. "Om du slår Silly Putty med en hammare kan den faktiskt spricka och gå sönder," sa Stamps, docent vid institutionen för geovetenskap, en del av Virginia Tech College of Science. "Men om du långsamt drar isär den, så sträcker sig Silly Putty. Så på olika tidsskalor beter sig jordens litosfär på olika sätt."

I de flesta kontinentala riftzoner följer deformation ett relativt förutsägbart mönster. Den starkaste rörelsen sker vanligtvis vinkelrätt mot riftdalen, i den riktning som jordskorpan dras isär. Det östafrikanska rift systemet, världens största kontinentala riftzon, uppvisar faktiskt den förväntade riftvinkelräta deformationen. Men Stamps hittade något annat efter mer än 12 år av GPS-mätningar: delar av regionen deformeras också i en riktning parallellt med själva riftdalen. Den oväntade rörelsen blev ett centralt mysterium för hennes team vid Geodesy and Tectonophysics Lab.

I en studie publicerad i Journal of Geophysical Research använde forskarna 3D-termomekaniska modeller för att undersöka vad som kunde producera den ovanliga deformationen. Modelleringen utvecklades av första författaren Tahiry Rajaonarison, en postdoktor vid New Mexico Tech som tog sin doktorsexamen vid Virginia Tech medan han arbetade i Stamps labb. Simuleringarna indikerar att den riftparallella rörelsen är kopplad till nordlig mantelströmning associerad med den afrikanska superplymen.

Den afrikanska superplymen är en enorm zon av stigande mantelmaterial som börjar djupt under sydvästra Afrika och sträcker sig nordost över kontinenten. När den färdas norrut blir den gradvis grundare under ytan. Enligt modellerna kan detta djupa mantelflöde förklara deformation som inte passar in i det enklare mönster som förväntas från en kontinent som sträcks isär.

Resultaten lägger också till nya bevis i en långvarig debatt om vad som driver det östafrikanska rift systemet. Forskare har i allmänhet fokuserat på två huvudmöjligheter: litosfäriska flytkrafts krafter, mantel dragkrafter, eller en kombination av de två. Litosfäriska flytkrafts krafter verkar relativt nära ytan. De påverkas av skillnader i höjd och densitet inom litosfären. I Östafrika är en viktig funktion den afrikanska supersvällningen, en bred region med ovanligt hög topografi. Mantel dragkrafter har sitt ursprung djupare inne i jorden. De beror på rörelsen av mantelmaterial under litosfären och de krafter som strömmande mantel kan utöva på den styva plattan ovanför.

Stamps började först dokumentera den ovanliga riftparallella rörelsen när hon arbetade som postdoktor. Hon använde GPS-stationer som tog emot signaler från mer än 30 satelliter som kretsar runt jorden från ungefär 25 000 kilometer bort. De mätningarna var tillräckligt precisa för att spåra ytrörelse i millimeterskala. Hennes observationer komplicerade den befintliga bilden eftersom grunda flytkrafts krafter kunde förklara mycket av den förväntade rörelsen över riftdalen, men inte rörelsen längs med den.

I en studie från 2021 använde teamet 3D-datorsimuleringar för att testa hur de två uppsättningarna av