Inusual deformación en la grieta más grande de la Tierra podría dar pistas de la ruptura de un continente

Hace 30 millones de años, en África comenzó a formarse una grieta llamada el Gran Valle del Rift de África Oriental. Se extiende desde la región de Afar en Etiopía hasta Mozambique, recorriendo más de 6.000 kilómetros, lo que la convierte en una de las grietas más extensas de la superficie.

El Valle del Rift se formó por la grieta que existe entre dos placas tectónicas africanas: la de Somalia y la Nubia. Actualmente, esta grieta es un límite de placa naciente, en su mayoría es subterránea, y mide más de 3.500 kilómetros donde el continente africano se está separando poco a poco, creando nuevas cuencas oceánicas y montañas volcánicas.

El sistema de grietas es una especie de laboratorio natural para estudiar los procesos y mecanismos de ruptura continental (rift continental), que implican el estiramiento y adelgazamiento de la litosfera, que es la capa sólida y rígida de la Tierra que incluye la corteza y la parte superior del manto. A medida que esto ocurre, las regiones poco profundas de la litosfera experimentan una deformación frágil, con la ruptura de rocas y terremotos.

Un reciente estudio publicado en el Journal of Geophysical Research: Solid Earth, realizado por investigadores de Virginia Tech y otras instituciones, explicó el origen y la importancia de esta inusual deformación en el Sistema del Rift de África Oriental mediante el uso de modelos termomecánicos 3D (desarrollados por el primer autor del estudio, Tahiry Rajaonarison) que simulan los efectos del flujo del manto en el estiramiento de la litosfera.

Por lo general la deformación que acompaña al rifting continental tiende a ser perpendicular al rift. Pero luego de medir el sistema de grietas con instrumentos GPS durante más de 12 años, el equipo observó una deformación que iba en la dirección opuesta, paralela a las grietas del sistema, algo bastante inusual.

Los modelos informáticos del estudio mostraron que la Superpluma Africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela a la grieta observada debajo del Sistema de Rift de África Oriental.

La Superpluma Africana es un afloramiento masivo del manto caliente y flotante que se eleva desde las profundidades de la Tierra debajo del suroeste de África y se dirige hacia el noreste a través del continente, volviéndose más superficial a medida que se extiende hacia el norte.

Por otro lado, la anisotropía sísmica es la alineación de las rocas en una dirección particular en respuesta al flujo del manto. Esta puede revelar la orientación y la forma de las estructuras rocosas y los minerales en el subsuelo y, por lo tanto, proporcionar pistas sobre la historia y la dinámica de la deformación de la Tierra.

Con su estudio, la geofísica D. Sarah Stamps, profesora asociada en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech e investigadora postdoctoral, ha agregado una capa de complejidad al debate sobre qué impulsa el sistema de grietas.

Stamps estudia estos procesos mediante el uso de modelos informáticos y GPS para mapear los movimientos de la superficie con precisión milimétrica. Comenzó a observar la inusual deformación paralela a la grieta del Sistema de Rift de África Oriental utilizando datos de estaciones GPS que midieron señales de más de 30 satélites que orbitan la Tierra, a unos 25.000 kilómetros de distancia.

Sus hallazgos, combinados con las conclusiones de un estudio que los investigadores publicaron en 2021, utilizando las técnicas de modelación 3D de Rajaonarison, podrían ayudar a aclarar el debate científico sobre qué fuerzas impulsoras de las placas dominan el Sistema de Rift de África Oriental, explicando tanto su deformación perpendicular como paralela al rift: fuerzas de flotabilidad litosférica, fuerzas de tracción del manto o ambas.

Las fuerzas de flotabilidad litosféricas son fuerzas relativamente superficiales atribuidas principalmente a la alta topografía del sistema de rift, conocida como Superoleaje Africano, y a las variaciones de densidad en la litosfera. Algunos científicos consideran que el rifting en África Oriental está impulsado principalmente por estas fuerzas.

Otros apuntan a las fuerzas de tracción horizontal del manto, las fuerzas más profundas que surgen de las interacciones con el manto que fluye horizontalmente debajo de África Oriental, como el principal impulsor, explica Phys.

Sin embargo, el estudio de 2021 encontró que la grieta y su deformación podrían ser impulsadas por una combinación de las dos fuerzas. Sus modelos señalaron que las fuerzas de flotabilidad litosféricas eran responsables de la deformación perpendicular a la grieta más predecible, pero esas fuerzas no podían explicar la deformación anómala paralela a la grieta detectada por las mediciones de GPS de Stamps.

Esta vez, el nuevo estudio se centró en el origen de las deformaciones paralelas de la grieta, confirmando que la Superpluma Africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela a la grieta observada.

En este caso, los modelos mostraron que el flujo del manto hacia el norte asociado con la Superpluma Africana puede generar una deformación paralela en algunas partes del Sistema de Rift de África Oriental al inducir tensión de cizallamiento y tensión en la base de la litosfera, según Phys.

Este esfuerzo cortante y la deformación pueden rotar o alinear las estructuras rocosas y los minerales a lo largo de la dirección del flujo del manto, creando una anisotropía sísmica paralela al eje del rift.

“Estamos diciendo que el flujo del manto no está impulsando la dirección perpendicular a la grieta este-oeste de algunas de las deformaciones, sino que puede estar causando la deformación anómala hacia el norte paralela a la grieta”, dijo Rajaonarison a Phys. “Confirmamos ideas previas de que las fuerzas de flotabilidad litosféricas están impulsando la grieta, pero estamos brindando una nueva perspectiva de que la deformación anómala puede ocurrir en el este de África”.

Esta deformación tiene implicancias significativas para comprender y predecir la dinámica y la diversidad del rifting continental. Los hallazgos también han demostrado que esta deformación paralela afecta la evolución y el resultado de la ruptura continental y tiene implicaciones para mejorar las predicciones climáticas.

“Estamos entusiasmados con este resultado del modelado numérico del Dr. Rajaonarison porque proporciona nueva información sobre los procesos complejos que dan forma a la superficie de la Tierra a través de la ruptura continental”, dijo Stamps a Phys.

Los hallazgos sobre los procesos involucrados en la ruptura continental, incluidos los anómalos, entregarán pistas a los científicos para descifrar la complejidad detrás de la ruptura de un continente, algo que han estado intentando durante décadas.