Universiteit van New Mexico (UNM) hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen, Dr. Tobias Fischer en Syracuse University research fellow (nu University of Auckland Lecturer), Dr. James Muirhead leidde een internationaal team van interdisciplinaire onderzoekers om de rol van koolstof bij het uiteenvallen van continenten te onderzoeken.

Dit werk, waarvan een groot deel is gefinancierd door subsidies van de National Science Foundation, is een hoogtepunt van onderzoeksinspanningen die zijn begonnen met voormalige studenten van UNM en andere Amerikaanse, Frans, Tanzaniaanse en Keniaanse universiteiten.

De samenwerking, waaronder ook wetenschappers van New Mexico Tech, de Universiteit van Oregon, Universiteit van Dar Es Salaam, Nationale Universiteit van Seoul, Universiteit van Tokio, Universiteit van Alberta, Macquarie-universiteit, Goethe-universiteit en Université de Montpellier II, leidde tot nieuwe inzichten in de opslag en dynamische overdracht van koolstof onder dikke en zeer oude continentale korst die momenteel in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur getiteld, Verplaatste cratonische mantel concentreert diepe koolstof tijdens continentale rifting.

Het werd voor het eerst erkend door voormalig UNM-student, nu assistent-professor aan de Seoul National University, Dr. Hyunwoo Lee, dat de Oost-Afrikaanse kloof en continentale kloven in het algemeen belangrijke bronnen zijn van koolstof die van de aardmantel naar de atmosfeer wordt ontgast. Terwijl later werk van andere groepen aantoonde dat CO ₂ emissies van de Oost-Afrikaanse Rift zijn variabel langs de 3, 000 km omvang, de vraag bleef "waar komt al deze koolstof vandaan en hoe komt het zo efficiënt vrij?"

Daaropvolgend werk van Fischer en medewerker Professor Stephen Foley van Macquarie University, Australië, een model voorgesteld waarin de ontgassende CO ₂ is uiteindelijk afkomstig van koolstof die zich in de loop van miljarden jaren heeft opgehoopt aan de voet van de dikke oude cratonische lithosfeer in het midden en aan de rand van de Oost-Afrikaanse kloof.

"Het model suggereert dat deze geaccumuleerde koolstof afkomstig is van ondergaande oceanische platen en diepe mantelpluimen, "zei Fischer. "Deze processen zouden voldoende koolstof kunnen leveren aan de bodem van een zeer dikke en miljard jaar oude continentale lithosfeer om de hoge CO ₂ fluxen waargenomen in het actief vervormende deel van de kloof."

Echter, het door Fischer en Foley voorgestelde model kon niet verklaren hoe deze diepe CO ₂ uit het zich actief uitbreidende deel van de kloof wist te lekken, dat is precies waar het huidige werk de punten met elkaar verbindt.

Muirhead en Fischer samen met masterstudent Amani Laizer van de Universiteit van Dar Es Salaam in Tanzania en geofysica Ph.D. student Sarah Jaye Oliva van de Tulane University keerde in 2018 terug naar Tanzania en verzamelde gegevens en monsters op locaties waar actieve rifting,

d.w.z. waar de platen uit elkaar bewegen, kruisen het oude dikke kraton dat boven een mantelpluim ligt. Gasmonsters werden verzameld uit warmwaterbronnen in deze regio die nog nooit eerder zijn bemonsterd.

De analyses van deze monsters binnen de context van reeds bestaande gegevens uit het eerdere werk toonden een opvallend verschil in chemische samenstelling van de gassen die vrijkomen uit de actieve spleet en het craton. Craton-gassen zijn volledig in de aardkorst zonder enig teken van mantelgassen, inclusief CO ₂ . Stikstof en aardkorst helium domineren deze kratongassen. Riftgassen daarentegen zijn gevuld met mantel CO ₂ en hebben een sterke mantel helium isotoop handtekening. Gemeten mantel CO ₂ fluxen zijn bijna nul op het kraton, maar stijgen in de aangrenzende actief uitbreidende spleet.

"Precies op de grens tussen het kraton en de vervormende kloof bevindt zich 's werelds enige uitbarstende carbonatietvulkaan, Oldoinyo Lengai, " zei Fischer. "Deze vulkaan barst lava's uit die zo vloeibaar zijn dat ze bewegen als motorolie. De reden hiervoor is dat ze geen silica bevatten waaruit de meeste stollingsgesteenten bestaan, maar ongeveer 30 procent koolstof bevatten, een duizelingwekkend hoge hoeveelheid die de rots zijn naam carbonatiet geeft. Terugkijkend in de geologische tijd, het blijkt dat er veel carbonatietvulkanen zijn aan de rand van het kraton van Tanzania, maar ze zijn momenteel gewoon niet actief."

Deze verdeling van carbonatieten bracht het team ertoe een mechanisme voor te stellen dat de laterale migratie veroorzaakt van de diepe cratonische lithosfeer waar al die opgeslagen vaste koolstof zich bevindt, in de mantel aan de randen van het kraton.

Geofysische gegevens verkregen en geanalyseerd door Tulane University en Université de Montpellier II geven een steile stap in plaatdikte aan de rand van het kraton weer. De geofysici onder leiding van professor Cindy Ebinger, Drs. Sarah Oliva en professor Christel Tiberi stelden voor dat deze stap de vorming van smelt verbetert en de concentratie van magma verklaart die het overtollige CO vervoert ₂ , evenals de ruimtelijke verdeling van soms schadelijke aardbevingen die scheuren openen voor de CO ₂ naar de oppervlakte te stijgen. Dit zou het opvallende verschil in CO . verklaren ₂ vrijgave en bron zoals gedocumenteerd door de oppervlaktemetingen.

Dit conceptuele model past ook in kwantitatieve fysieke modellen ontwikkeld door Dr. Jolante van Wjik, professor aan New Mexico Tech en Dr. Claire Currie, professor aan de Universiteit van Alberta, waaruit blijkt dat ongewoon dikke en lage dichtheid mantelgesteenten onder een kraton zijdelings worden geveegd door mantelstroom, moving toward the thinner plate beneath the continental rift.

This material transfer may enhance melt production. Daarom, 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.