Onderzoekers van het College of Arts and Sciences hebben nieuwe details gepubliceerd over de evolutie van de East African Rift (EAR) Valley, een van 's werelds grootste continentale riftzones.

Christoffel Scholz, hoogleraar Aardwetenschappen, en een team van studenten en onderzoekers, het afgelopen jaar hebben besteed aan het verwerken en analyseren van gegevens die in 2015 zijn verkregen uit het Malawimeer, het resultaat van een multinationale onderzoeksinspanning gesponsord door de National Science Foundation (NSF). Door het samenspel van sedimentatie en tektoniek te bestuderen, ze hebben bevestigd dat rifting - het proces waarbij de tektonische platen van de aarde uit elkaar bewegen - de afgelopen 1,3 miljoen jaar langzaam heeft plaatsgevonden in het centrale bekken van het meer, gebruikmakend van een reeks fouten die vele miljoenen jaren ouder zijn.

Scholz zegt dat de aard van de tektonische activiteit wordt toegeschreven aan een sterke, koude lithosfeer en om de lokalisatie van fouten die miljoenen jaren eerder zijn opgetreden te belasten, toen het bassin zich vormde. De lithosfeer van de aarde omvat de korst en de bovenste mantel.

De bevindingen van het team zijn het onderwerp van een artikel in de Tijdschrift voor structurele geologie (Elsevier, 2016), waarvan Scholz co-auteur was met hoofdauteur en Ph.D. kandidaat Tannis McCartney G'17.

"We hebben gegevens verzameld tijdens een onderzoekscruise van een maand aan boord van een omgebouwd containerschip op het Malawimeer, " zegt Scholz, een leider in sedimentaire bekkenanalyse van extensionele systemen. "Voor de eerste keer, een aardkorst-seismische bron werd ingezet op een Afrikaans meer, onthullend prikkelend, nieuwe details over de stratigrafische en structurele evolutie van het Oost-Afrikaanse Rift-systeem."

Tektonische platen zijn enorme platen van korst en mantel die constant in beweging zijn, vaak tegenaan botsen, tegen elkaar schuren of onder elkaar vallen, aardbevingen veroorzaken in het proces. Wanneer dit gebeurt, de platen scheuren uit elkaar en vormen een laaglandgebied dat bekend staat als een spleetvallei.

Een van 's werelds grootste kloofvalleien is de EAR, ongeveer 3, 700 mijl lang en 30-40 mijl breed. De spleetvallei is zo groot dat het Afrika langzaam in tweeën splitst. De grotere Nubische tektonische plaat omvat het grootste deel van het continent, terwijl de kleinere Somalische plaat de Hoorn van Afrika draagt.

"De EAR wordt beschouwd als de bakermat van de mensheid, " zegt Scholz. "Tijdens zijn vorming meer dan 25 miljoen jaar geleden, de regio onderging een aanzienlijke scheuring, het veranderen van zijn rivieren, meren en klimaat, en het toneel vormen voor de evolutie van primaten en mensen."

Binnen de EAR zijn twee valleisystemen, een daarvan is de Western Rift. Dit systeem herbergt een keten van enorme meren en wetlands, waaronder het Malawimeer. Grenzend aan Malawi, Tanzania en Mozambique, Lake Malawi heeft een oppervlakte van meer dan 11, 400 vierkante mijl, waardoor het het negende grootste zoetwaterlichaam ter wereld is. Het is ook het op twee na grootste meer van Afrika, en, om 2 uur, 300 voet, zijn tweede diepste.

Het Malawimeer staat bekend om zijn meer dan duizend soorten cichlidenvissen - diversificatie die waarschijnlijk wordt veroorzaakt door veranderende omgevingskrachten. Scholz haalde onlangs de krantenkoppen toen hij bevestigde dat de waterstanden in het Malawimeer ongeveer twee dozijn keer zijn afgenomen en gestroomd, soms wel 600 voet, over de afgelopen miljoen jaar.

Scholz legt uit dat een scheur een breuk in het aardoppervlak is die in de loop van de tijd groter wordt. "In Oost-Afrika, rifting heeft een reeks smalle, diepe kloofvalleien die enkele van 's werelds grootste zoetwatermeren bevatten, "zegt hij. Hoewel deze meren voortkomen uit miljoenen jaren van tektonische uitrekking en uitdunning, Het Malawimeer is relatief jong. Op basis van analyses uitgevoerd door McCartney, het riftbassin van het meer werd waarschijnlijk ongeveer 8 miljoen jaar geleden gevormd. "De omstandigheden in diep water hielden pas ongeveer 4 miljoen jaar later aan, toen zoet water de spleetvallei overstroomde, ', vult Scholz aan.

in 2015, Scholz en een team van collega's brachten geologische structuren in beeld en registreerden aardbevingen onder het Malawimeer. Ze deden dit met behulp van een voorraad "luchtkanonnen, " het genereren van geluidsgolven die werden opgenomen door druksensoren binnen een 5, 1000 meter lange kabel achter hun omgebouwde onderzoeksschip gesleept. (Het voormalige containerschip had een laboratorium, generatoren, compressoren en zwaar materieel voor het slepen van de seismische bron.) Gegevens verzameld door de sensoren van de kabel werden vergeleken met die verzameld door tientallen seismometers aan land en op de bodem van het meer.

Het team keerde terug naar Syracuse met tal van geofysische, geologische en geochemische gegevens. Ze wisten niet hoeveel ervan echt baanbrekend was. McCartney, in feite, heeft haar proefschrift daarop gebaseerd. "De gegevens helpen ons bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de oorsprong en de rol van magma tijdens vroege rifting, de vorming en evolutie van spleetsegmentatie en de manifestatie ervan in de korst en de bovenmantel, " ze zegt.

Veel van het werk van het team was gericht op het begrijpen van de vormen en de omvang van de breukvormende fouten, die topografische depressies produceren die halfgrijpers worden genoemd. Wanneer de aardkorst uit elkaar trekt, de lithosfeer strekt zich uit - in het geval van het Malawimeer, minder dan een centimeter per jaar - en creëert een breuk. "We hebben nu sluitend bewijs van migratie van de breuklijn weg van de grensbreuk van de half-grijper, McCartney voegt eraan toe. "We weten ook dat fouten in de hangende muur [het gedeelte van de spleet onder het meer, zelf], zijn de afgelopen miljoen jaar langer geworden."

Scholz hoopt dat de bevindingen een uniform geologisch kader zullen bieden voor iedereen die het EAR-systeem verkent, en zal licht werpen op andere continentale spleetsystemen - zelfs oude, zoals slenkbekkens langs de oostkust van Noord-Amerika.

De regering van Malawi is geïnteresseerd in het potentieel van de kloof voor commerciële hoeveelheden olie en aardgas.

"De aanwezigheid van werkende koolwaterstofsystemen in jonge rift-meerbekkens - die een paar miljoen jaar oud zijn - heeft geleid tot uitgebreide exploratie-interesse in de Great Rift Valley, Scholz zegt. "De wetenschappelijke ontdekkingen die voortkomen uit de NSF-studie zijn puur academisch van aard, maar regeringen in de regio gebruiken de bevindingen om te helpen bij het identificeren van energiebronnen voor enkele van 's werelds armste mensen."

Veel onderzoekers beschouwen de EAR - en, door verlenging, Lake Malawi - een van de best uitgedrukte voorbeelden van een continent in de vroege stadia van uiteenvallen. "Oost-Afrika is altijd een broeinest van evolutie geweest, Scholz concludeert. "Platentektoniek en klimaatvariabiliteit hebben niet alleen het landschap veranderd, maar dicteerde ook de ontwikkeling en verspreiding van onze voorouders van Afrika naar de rest van de wereld. We zijn getuige van evolutie, in elk opzicht van het woord."