En vy över Malawi-kusten i östra Afrika. Kredit:Christopher Scholz
Forskare vid College of Arts and Sciences har publicerat nya detaljer om utvecklingen av East African Rift (EAR) Valley, en av världens största kontinentala sprickzoner.
Christopher Scholz, professor i geovetenskap, och ett team av studenter och forskarpersonal, har tillbringat det senaste året med att bearbeta och analysera data som förvärvades 2015 från Malawisjön, resultatet av en multinationell forskningssatsning sponsrad av National Science Foundation (NSF). Genom att studera samspelet mellan sedimentation och tektonik, de har bekräftat att klyvning - processen genom vilken jordens tektoniska plattor rör sig isär - har skett långsamt i sjöns centrala bassäng under de senaste 1,3 miljoner åren, använder en rad fel många miljoner år äldre.
Scholz säger att den tektoniska aktivitetens natur tillskrivs en stark, kall litosfär och att anstränga lokalisering på fel som inträffade miljoner år tidigare, när bassängen bildades. Jordens litosfär inkluderar skorpa och översta manteln.
Teamets resultat är föremål för en artikel i Journal of Structural Geology (Elsevier, 2016), som Scholz skrev tillsammans med huvudförfattare och Ph.D. kandidat Tannis McCartney G'17.
"Vi samlade in data under en månadslång forskningskryssning ombord på ett ombyggt containerfartyg på Malawisjön, säger Scholz, en ledare inom sedimentära bassänganalyser av förlängningssystem. "För första gången, en seismisk källa i jordskorpskala utplacerades på en afrikansk sjö, avslöjande lockande, nya detaljer om den stratigrafiska och strukturella utvecklingen av det östafrikanska rivningssystemet."
Tektoniska plattor är stora plattor av skorpa och mantel som ständigt är i rörelse, ofta kraschar in i, slipa mot eller falla under varandra, orsakar jordbävningar i processen. När detta händer, plattorna slits isär och bildar ett låglandsområde som kallas en sprickdal.
En av världens största sprickdalar är EAR, cirka 3, 700 mil lång och 30-40 mil bred. Sprickdalen är så stor att den sakta delar Afrika i två delar. Den större nubiska tektoniska plattan omfattar större delen av kontinenten, medan den mindre somaliska plattan bär Afrikas horn.
"EAR anses vara mänsklighetens vagga, " säger Scholz. "Under dess bildande för mer än 25 miljoner år sedan, regionen genomgick betydande sprickor, förändrar dess floder, sjöar och klimat, och sätter scenen för utvecklingen av primater och människor. "
Inom EAR finns två dalsystem, en av dem är Western Rift. Detta system är hem för en kedja av enorma sjöar och våtmarker, inklusive Malawisjön. Gränsar till Malawi, Tanzania och Moçambique, Malawisjön har en yta på mer än 11, 400 kvadratkilometer, vilket gör det till den nionde största sötvattenförekomsten i världen. Det är också Afrikas tredje största sjö, och, vid 2, 300 fot, dess näst djupaste.
Malawisjön är känd för sina mer än tusen arter av ciklidfiskar - diversifiering som sannolikt utlöses av skiftande miljökrafter. Scholz skapade nyligen rubriker när han bekräftade att vattennivåerna i Malawisjön har ebbat ut och flutit ungefär två dussin gånger, ibland upp till 600 fot, under de senaste miljoner åren.
Upphovsman:Syracuse University
Scholz förklarar att en spricka är en spricka i jordens yta som vidgar sig med tiden. "I Östafrika, rifting har skapat en serie smala, djupa sprickdalar som innehåller några av världens största sötvattensjöar, " säger han. Även om dessa sjöar härrör från miljontals år av tektonisk sträckning och uttunning, Malawisjön är relativt ung. Baserat på analyser utförda av McCartney, sjöns sprickbassäng bildades troligen för cirka 8 miljoner år sedan. "Djupvattensförhållanden kvarstod inte förrän cirka 4 miljoner år senare, när sötvatten svämmade över sprickdalen, "Tillägger Scholz.
2015, Scholz och ett team av kollegor avbildade geologiska strukturer och registrerade jordbävningar under Malawisjön. De gjorde detta med hjälp av ett förråd av "luftpistoler, "genererar ljudvågor som registrerades av trycksensorer inom en 5, 000 fot lång kabel bogserad bakom deras ombyggda forskningsfartyg. (Det dåvarande containerfartyget hade ett labb, generatorer, kompressorer och tung utrustning för bogsering av den seismiska källan.) Data som samlats in av kabelns sensorer jämfördes med den som samlats in av dussintals seismometrar på land och på sjöns botten.
Teamet återvände till Syracuse med massor av geofysiska, geologiska och geokemiska data. Föga anade de hur mycket av det som verkligen var banbrytande. McCartney, faktiskt, baserade sin doktorsavhandling på det. "Datan hjälper oss att svara på nyckelfrågor om magmans ursprung och roll under tidig sprickning, bildandet och utvecklingen av riftsegmentering och dess manifestation i skorpan och övre manteln, " hon säger.
Mycket av teamets arbete har fokuserat på att förstå formerna och omfattningen av de sprickbildande felen, som producerar topografiska fördjupningar som kallas halvgrabens. När jordskorpan går isär, litosfären sträcker sig - i fallet med Malawisjön, mindre än en tum per år — och skapar en spricka. "Vi har nu avgörande bevis för felmigration bort från gränsfelet för halvgraven, McCartney tillägger. "Vi vet också att fel i hängväggen [delen av sprickan under sjön, sig], har förlängts under de senaste miljoner åren."
Scholz hoppas att resultaten kommer att ge en enhetlig geologisk ram för alla som utforskar EAR-systemet, och kommer att kasta ljus över andra kontinentala spricksystem – även gamla, såsom sprickbassänger längs Nordamerikas östra kust.
Malawis regering är intresserad av sprickans potential för kommersiella mängder olja och naturgas.
"Närvaron av fungerande kolvätesystem i unga spricksjöbassänger - de som är några miljoner år gamla - har väckt ett omfattande prospekteringsintresse i Great Rift Valley, " Scholz säger. "De vetenskapliga upptäckterna som kommer från NSF-studien är rent akademiska till sin natur, men regeringar i regionen använder resultaten för att hjälpa till att identifiera energiresurser för några av världens fattigaste människor."
Många forskare anser att EAR-och, i förlängningen, Malawisjön-ett av de bäst uttryckta exemplen på en kontinent i de tidiga stadierna av uppbrott. "Östafrika har alltid varit en grodd för evolution, "Scholz avslutar." Platetektonik och klimatvariation har inte bara förvandlat landskapet, men dikterade också våra förfäders utveckling och spridning från Afrika till resten av världen. Vi bevittnar evolution, i alla avseenden av ordet. "