Un enorme plume en el subsuelo africano está separando el continente

Investigadores de la Virginia Tech han descubierto que un enorme plume que se eleva desde las profundidades de la Tierra puede ser el responsable de los movimientos misteriosos a lo largo del Rift Africano. Este hallazgo proporciona una nueva perspectiva sobre cómo las fuerzas en el manto terrestre interactúan con las fuerzas geológicas más superficiales mientras el continente se separa lentamente.

Los modelos computacionales han permitido a los científicos explicar un patrón de deformación inusual bajo el Sistema de Rift Africano. Los resultados apuntaron al Superplume Africano, un vasto ascenso de material caliente del manto, como la fuente de un movimiento inusual que corre paralelo al rift, así como un patrón correspondiente en la forma en que las ondas sísmicas viajan a través de las rocas subyacentes.

El rifting continental ocurre cuando la rígida capa exterior de la Tierra comienza a estirarse y adelgazar. Esta capa, conocida como litosfera, incluye la corteza y la parte superior del manto. A medida que la litosfera se separa, su comportamiento puede variar dependiendo de la velocidad y el lugar donde se aplique el estrés. Cerca de la superficie, las rocas pueden fracturarse, produciendo fallas y terremotos, mientras que más profundo, el material caliente puede deformarse más gradualmente.

La geofísica D. Sarah Stamps comparó estos comportamientos con el Silly Putty. "Si golpeas el Silly Putty con un martillo, realmente puede agrietarse y romperse", explicó Stamps, profesora asociada en el Departamento de Ciencias de la Tierra. "Pero si lo estiras lentamente, se alarga. Así, en diferentes escalas de tiempo, la litosfera terrestre se comporta de diferentes maneras".

En la mayoría de los rifts continentales, la deformación sigue un patrón predecible. El movimiento más fuerte generalmente ocurre perpendicular al rift, en la dirección en que se está separando la corteza. Sin embargo, el Sistema de Rift Africano, el más grande del mundo, mostró una deformación inesperada en la dirección paralela al rift. Tras más de 12 años de mediciones por GPS, Stamps y su equipo descubrieron que algunas partes de la región también se estaban deformando en esta dirección.

Este movimiento inesperado se convirtió en un misterio central para su equipo en el Laboratorio de Geodesia y Tectonofísica. En un estudio publicado en el Journal of Geophysical Research, los investigadores utilizaron modelos termomecánicos 3D para investigar qué podría estar produciendo esta deformación inusual. Las simulaciones, desarrolladas por el primer autor Tahiry Rajaonarison, un investigador postdoctoral en New Mexico Tech, indicaron que el movimiento paralelo al rift está vinculado a un flujo del manto hacia el norte asociado con el Superplume Africano.

Este superplume es una zona enorme de material del manto que comienza profundamente debajo del suroeste de África y se extiende hacia el noreste a través del continente, volviéndose progresivamente más superficial. Según los modelos, este flujo profundo del manto puede explicar la deformación que no se ajusta al patrón más simple esperado de un continente que se está estirando.

Los hallazgos también aportan nueva evidencia a un debate en curso sobre qué impulsa el Sistema de Rift Africano. Los científicos han centrado su atención en dos posibilidades principales: fuerzas de flotabilidad litosférica y fuerzas de tracción del manto, o una combinación de ambas. Las fuerzas de flotabilidad litosférica actúan relativamente cerca de la superficie, influenciadas por diferencias en elevación y densidad dentro de la litosfera. En África Oriental, una característica importante es el Superswell Africano, una amplia región de topografía inusualmente alta.

Las fuerzas de tracción del manto se originan más profundamente en la Tierra, resultando del movimiento del material del manto debajo de la litosfera y las fuerzas que el manto en movimiento puede ejercer sobre la placa rígida que se encuentra arriba. Stamps comenzó a documentar el inusual movimiento paralelo al rift mientras trabajaba como investigadora postdoctoral, utilizando estaciones de GPS que recibían señales de más de 30 satélites que orbitan la Tierra desde aproximadamente 25,000 kilómetros de distancia. Estas mediciones fueron lo suficientemente precisas como para rastrear el movimiento de la superficie a escala de milímetros.

Las observaciones complicaron la imagen existente porque las fuerzas de flotabilidad superficiales podrían explicar gran parte del movimiento esperado a través del rift, pero no el movimiento que se produce a lo largo de él. En un estudio de 2021, el equipo utilizó simulaciones computacionales 3D para probar cómo podrían interactuar los dos conjuntos de fuerzas. Esos modelos sugirieron que ambas podrían ser importantes.

Las fuerzas de flotabilidad litosférica parecieron explicar la deformación más familiar que corre perpendicular al rift. Sin embargo, no pudieron reproducir la deformación anómala que Stamps había medido a lo largo de él, lo que llevó a los investigadores a buscar otro mecanismo. En el nuevo estudio, Rajaonarison utilizó nuevamente modelos termomecánicos 3D, esta vez concentrándose específicamente en la deformación paralela al rift que no tenía explicación.

Los modelos mostraron que el flujo del manto hacia el norte, conectado al Superplume Africano, podría producir el movimiento observado. También reprodujeron otra característica importante bajo el rift: la anisotropía sísmica paralela al rift. Esta anisotropía se refiere a una situación en la que las ondas sísmicas viajan de manera diferente según la dirección en la que se mueven a través de la roca, lo que puede suceder cuando los minerales y las estructuras rocosas se alinean.

En este caso, la orientación de las rocas coincide con la dirección del flujo del manto hacia el norte del Superplume Africano. Esta coincidencia proporciona otra pista de que el movimiento profundo del manto está influyendo en la deformación inusual observada en la superficie. "Estamos diciendo que el flujo del manto no está impulsando la dirección este-oeste, perpendicular al rift de algunas de las deformaciones, sino que puede estar causando la deformación anómala hacia el norte, paralela al rift", afirmó Rajaonarison. "Confirmamos ideas previas de que las fuerzas de flotabilidad litosférica están impulsando el rift, pero estamos aportando nueva información sobre que la deformación anómala puede suceder en África Oriental".

Los estudios sugieren que no hay una única fuerza responsable de todo lo que ocurre en el Sistema de Rift Africano. Las fuerzas de flotabilidad litosférica más superficiales parecen jugar un papel importante en el estiramiento más típico del rift. Al mismo tiempo, el flujo del manto más profundo asociado con el Superplume Africano puede ser responsable de la inusual deformación hacia el norte y de la firma sísmica que la acompaña. Comprender cómo interactúan esas fuerzas es importante porque el Rift Africano proporciona a los científicos un laboratorio natural para estudiar cómo comienzan a separarse los continentes.

Los investigadores han pasado décadas tratando de entender la cadena completa de procesos involucrados en el rifting continental, desde el movimiento del manto profundo hasta las fracturas y terremotos en la superficie. "Estamos emocionados por este resultado del modelado numérico del Dr. Rajaonarison porque proporciona nueva información sobre los complejos procesos que dan forma a la superficie de la Tierra a través del rifting continental", concluyó Stamps.

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