Ein Forschungsteam unter der Leitung von Sarah Stamps, einer Geophysikerin an der Virginia Tech, hat bedeutende neue Einblicke in außergewöhnliche seismische Aktivitäten im größten kontinentalen Grabenbruch der Welt gewonnen. Ihre Studie zeigt, dass die ungewöhnlichen Verformungen der Erdkruste im Riftsystem hauptsächlich durch den sogenannten African Superplume verursacht werden, eine massive Aufströmung aus dem Erdmantel.

Äußerste Erdkruste verhält sich eigenartig

Das kontinentale Rifting ist ein geologischer Prozess, bei dem die Lithosphäre (die äußere Schicht der Erdkruste) stark gedehnt wird. Das Ostafrikanische Grabensystem weist hier jedoch ein ungewöhnliches Muster von Verformungen parallel zum Graben auf. Dieses Phänomen stellt Geophysikerinnen und Geophysiker seit Jahren vor ein Rätsel. Stamps‘ Team, zu dem auch der Erstautor der Studie, Tahiry Rajaonarison von der New Mexico Tech, gehört, untersucht diese „anomale Verformungen“ seit mehr als einem Jahrzehnt und setzt dabei GPS-Technologie zur präzisen Messung der Oberflächenbewegungen ein.

In Analogie zu Hüpfkitt beschrieb Stamps die vielfältigen Deformationsmuster, die auf einem Rifting-Kontinent zu beobachten sind. „Wenn man mit einem Hammer auf Hüpfkitt schlägt, kann es Risse bekommen und zerbrechen“, so die Wissenschaftlerin vom Fachbereich Geowissenschaften der Virginia Tech. „Aber wenn man es langsam auseinander zieht, dehnt sich der Hüpfkitt. Auf verschiedenen Zeitskalen verhält sich die Lithosphäre der Erde also unterschiedlich.“

Die Forscher setzten fortschrittliche thermomechanische 3D-Modellierungstechniken ein, um die Quelle dieser ungewöhnlichen Verformungen zu ermitteln. Sie fanden heraus, dass der afrikanische Superplume, ein riesiger Mantelaufschwung, der tief unter Südwestafrika entsteht und sich in nordöstlicher Richtung über den Kontinent bewegt, die treibende Kraft hinter den ungewöhnlichen riftparallelen Verformungen und der seismischen Anisotropie im ostafrikanischen Grabensystem ist.

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Die Lithosphäre ist die äußerste feste Schicht der Erde. Sie besteht aus der Erdkruste und dem obersten Teil des darunter liegenden Erdmantels. Zusammen bilden diese beiden Schichten die Lithosphäre. Sie ist in mehrere große und kleine Platten unterteilt, die als tektonische Platten bekannt sind. Diese Platten bewegen sich langsam auf dem darunter liegenden, zäheren Teil des Erdmantels, der als Asthenosphäre bekannt ist. Die Bewegung dieser Platten ist für die Entstehung von Erdbeben, Vulkanen und Gebirgsbildungen verantwortlich.

„Wir haben frühere Annahmen bestätigt“

Die seismische Anisotropie beschreibt, wie sich Gesteine als Reaktion auf Einflüsse wie Mantelströmungen, Schmelztaschen oder bereits vorhandene Strukturen in der Lithosphäre ausrichten. Im Fall der äußersten Erdkruste am Ostafrikanischen Grabensystem folgt die Ausrichtung der Richtung des nordwärts gerichteten Flusses des afrikanischen Superplumes, den das Team als Quelle identifiziert hat.

Die Ergebnisse des Teams bieten wertvolle Einblicke in die Debatte über die Kräfte, die das Ostafrikanische Grabensystem antreiben. Während man sich allgemein einig ist, dass lithosphärische Auftriebskräfte eine wichtige Rolle bei der erwarteten Deformation senkrecht zum Rift spielen, erklären diese Kräfte nicht die anomale Deformation parallel zum Rift.

„Wir sagen, dass der Mantelfluss nicht die ost-westliche, zum Rift senkrechte Richtung einiger Deformationen antreibt, sondern dass er möglicherweise die anomale nordwärts gerichtete Deformation parallel zum Rift verursacht. Wir haben frühere Annahmen bestätigt, dass lithosphärische Auftriebskräfte den Rift antreiben, aber wir bringen neue Erkenntnisse darüber, dass anomale Deformationen in Ostafrika auftreten können.“

Tahiry Rajaonarison

Quellen: „A Geodynamic Investigation of Plume-Lithosphere Interactions Beneath the East African Rift“ (Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2023); Virginia Polytechnic Institute and State University

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