University of New Mexico (UNM) professor i jord- och planetvetenskap, Dr Tobias Fischer och forskare vid Syracuse University (nu lektor vid University of Auckland), Dr. James Muirhead ledde ett internationellt team av tvärvetenskapliga forskare för att undersöka kolets roll i uppdelningen av kontinenter.

Detta jobb, varav mycket har finansierats av anslag från National Science Foundation, är en kulmen på forskningsinsatser som startade med tidigare studenter från UNM och andra USA, franska, Tanzanianska och kenyanska universitet.

Samarbetet, som också inkluderade forskare från New Mexico Tech, University of Oregon, University of Dar Es Salaam, Seoul National University, University of Tokyo, University of Alberta, Macquarie University, Goethe-universitetet och Université de Montpellier II, ledde till nya insikter om lagring och dynamisk överföring av kol under tjock och mycket gammal kontinental skorpa som för närvarande publiceras i tidskriften Natur betitlad, Förflyttad kratonisk mantel koncentrerar djupt kol under kontinental klyvning.

Det erkändes först av tidigare UNM-student, nu biträdande professor vid Seoul National University, Dr. Hyunwoo Lee, att den östafrikanska klyftan och kontinentala klyftor i allmänhet är betydande källor till kol som avgasas från jordens mantel till atmosfären. Medan senare arbete av andra grupper visade att CO ₂ utsläppen från East African Rift är varierande längs dess 3, 000 km omfattning, frågan kvarstod "var kommer allt detta kol ifrån och hur frigörs det så effektivt?"

Efterföljande arbete av Fischer och samarbetspartner professor Stephen Foley från Macquarie University, Australien, föreslagit en modell där avgasningen CO ₂ kommer i slutändan från kol som har ackumulerats under miljarder år vid basen av den tjocka gamla kratoniska litosfären som ligger i mitten och kanten av den östafrikanska klyftan.

"Modellen tyder på att detta ackumulerade kol härrör från subduktion av oceaniska plattor och djupa mantelplymer, ", sade Fischer. "Dessa processer skulle kunna leverera tillräckligt med kol till botten av mycket tjocka och miljarder år gamla kontinentala litosfärer för att förklara den höga CO2 ₂ flöden observerade i den aktivt deformerande delen av sprickan. "

Dock, modellen som Fischer och Foley föreslagit kunde inte förklara hur denna djupa CO ₂ lyckades läcka ut från den aktivt utsträckta delen av sprickan, vilket är exakt där det aktuella verket kopplar ihop punkterna.

Muirhead och Fischer tillsammans med masterstudenten Amani Laizer från University of Dar Es Salaam i Tanzania och geofysik Ph.D. student Sarah Jaye Oliva från Tulane University återvände till Tanzania 2018 och samlade in data och prover på platser där aktiv rifting,

dvs där plattorna rör sig isär, skär den gamla tjocka kratonen som ligger ovanför en mantelplym. Gasprover samlades in från varma källor i denna region som aldrig har provtagits tidigare.

Analyserna av dessa prover inom ramen för redan existerande data från det tidigare arbetet visade en slående skillnad i kemisk sammansättning av gaserna som frigörs från den aktiva sprickan och kraton. Kratongaser är helt och hållet skorpa utan tecken på några mantelgaser, inklusive CO ₂ . Kväve och jordskorpans helium dominerar dessa kratongaser. Riftgaser å andra sidan är fyllda med mantel CO ₂ och har en stark mantel-heliumisotopsignatur. Mätt mantel CO ₂ flöden är nära noll på kratonen men stiger i den intilliggande aktivt utsträckande sprickan.

"Precis vid gränsen mellan kratonen och den deformerande sprickan sitter världens enda för närvarande utbrottande karbonatitvulkan, Oldoinyo Lengai, " sade Fischer. "Denna vulkan bryter ut lavor som är så flytande att de rör sig som motorolja. Anledningen till detta är att de saknar kiseldioxid som utgör de flesta magmatiska bergarter men innehåller cirka 30 procent kol, en svindlande hög mängd som ger bergarten dess namn karbonatit. När man ser tillbaka på geologisk tid, det visar sig att det finns många karbonatitvulkaner precis vid kanten av Tanzania -kraton, men de är bara inte aktiva för närvarande."

Denna fördelning av karbonatiter ledde till att teamet föreslog en mekanism som orsakar lateral migration av den djupa kratoniska litosfären där allt lagrat fast kol finns, in i manteln vid kanterna av kratonen.

Geofysiska data som förvärvats och analyserats av Tulane University och Université de Montpellier II bildar ett brant steg i plåttjockleken vid kratonkanten. Geofysikerna ledda av professor Cindy Ebinger, Drs. Sarah Oliva och professor Christel Tiberi föreslog att detta steg förbättrar bildningen av smälta och förklarar koncentrationen av magma som bär överskottet av CO ₂ , såväl som den rumsliga fördelningen av ibland skadliga jordbävningar som öppnar sprickor för CO ₂ att stiga till ytan. Detta skulle förklara den slående skillnaden i CO ₂ utsläpp och källa som dokumenterats av ytmätningarna.

Denna konceptuella modell passar också in i kvantitativa fysiska modeller utvecklade av Dr. Jolante van Wjik, professor vid New Mexico Tech och Dr. Claire Currie, professor vid University of Alberta, som visar att ovanligt tjocka mantelstenar med låg densitet under en kraton kommer att svepas i sidled av mantelflödet, rör sig mot den tunnare plattan under kontinentalsprickan.

Denna materialöverföring kan förbättra smältproduktionen. Därför, the research team concluded, lateral migration of deep cratonic lithosphere soaked with ancient accumulated carbon is ultimately responsible for carbonatite volcanism and the on-going continental break-up in this region of East Africa.