Gigantyczna szczelina rozrywa Afrykę. Naukowcy wskazują winowajcę z głębi Ziemi

Wschodnia Afryka przechodzi jedną z najbardziej spektakularnych przemian geologicznych na naszej planecie. Kontynent powoli rozpada się na dwie osobne masy lądowe, a granicą między nimi staje się ogromne pęknięcie – Wielki Rów Wschodnioafrykański. Ten rozległy system ryftowy ciągnie się na około 3500 kilometrów przez Etiopię, Kenię, Ugandę i Malawi. Towarzyszy mu intensywny wulkanizm, który regularnymi erupcjami pokazuje, że wnętrze Ziemi pod tym regionem jest wyjątkowo aktywne.

Wschodnia Afryka dosłownie pęka w szwach, a proces ten widać już na powierzchni gołym okiem.

Naukowcy właśnie wskazali jego głębokie źródło.

Na długości tysięcy kilometrów powstaje system dolin, wulkanów i pęknięć, który w przyszłości może rozdzielić kontynent na dwie części. Najnowsze badania sugerują, że za tym widowiskowym, ale groźnym zjawiskiem stoi potężny, gorący strumień materii w płaszczu Ziemi.

Kontynent w trakcie rozłamu

We wschodniej Afryce trwa jedna z najbardziej spektakularnych przemian geologicznych na naszej planecie. Afryka powoli dzieli się na dwie osobne masy lądowe, a granicą między nimi staje się ogromne pęknięcie – tzw. Wielki Rów Wschodnioafrykański, czyli rozległy system ryftowy.

Ten tektoniczny „szew” ciągnie się na około 3 500 kilometrów. Przecina Etiopię, Kenię, Ugandę i Malawi, tworząc rozległe obniżenia terenu, uskoki i zapadliska. Towarzyszy temu intensywny wulkanizm – regularne erupcje w wielu miejscach pokazują, że wnętrze Ziemi pod tym regionem jest wyjątkowo aktywne.

Wschodnioafrykański rów to jedno z niewielu miejsc na Ziemi, gdzie proces rozrywania kontynentu można śledzić praktycznie „na żywo”.

Powstawanie ryftu to etap dobrze znanego w geologii cyklu: najpierw kontynent zaczyna się rozciągać, potem pojawiają się doliny ryftowe, a z czasem może dojść do utworzenia całkiem nowego oceanu, gdy skorupa lądowa całkowicie pęknie i w szczelinę wleje się woda morska.

Dlaczego Afryka pęka właśnie tam?

Choć przykładów rozrywania kontynentów znamy sporo z historii geologicznej Ziemi, mechanizm działania Wielkiego Rowu Wschodnioafrykańskiego długo pozostawał zagadką. Ten region stał się wręcz podręcznikowym terenem badań nad tym, jak kontynenty rozpadają się na mniejsze części.

Geolodzy spierali się przede wszystkim o to, co napędza proces rozciągania skorupy i wzmożony wulkanizm. Rozważano dwa główne scenariusze:

• czy wszystko dzieje się głównie „płytko”, w górnej części płaszcza i skorupy, wskutek sił tektonicznych działających na płyty litosfery,
• czy kluczową rolę odgrywa głęboki, gorący strumień materii w płaszczu, który pcha kontynent od dołu, osłabiając skorupę i inicjując pęknięcia.

Druga hipoteza zakłada istnienie tzw. superpióropusza płaszczowego – gigantycznego „komina” gorącej skały sięgającego z okolic granicy jądra i płaszcza aż pod wschodnią Afrykę. Do tej pory brakowało jednak twardych danych, które wprost łączyłyby lokalny wulkanizm z tak głębokim źródłem.

Klucz w gazach z wnętrza ziemi

Grupa badaczy postanowiła podejść do problemu od nietypowej strony. Zamiast skupiać się tylko na kształcie terenu czy falach sejsmicznych, przeanalizowali skład chemiczny gazów wydobywających się w polu geotermalnym w kenijskiej części doliny ryftowej.

Chodzi o gorące gazy i pary, które przedostają się na powierzchnię przez szczeliny, fumarole i źródła geotermalne. Naukowcy zmierzyli z niezwykłą precyzją m.in. izotopy neonu – pierwiastka obojętnego, który świetnie nadaje się do śledzenia pochodzenia materiału z głębi Ziemi.

Skład izotopowy gazów z Kenii wskazuje na zaskakująco głębokie, wspólne źródło – nie tylko dla tego miejsca, lecz dla całego rozległego pasa ryftowego.

Okazało się, że badane gazy niosą wyraźny ślad pochodzenia z dolnych partii płaszcza Ziemi. Co więcej, ich skład jest zbliżony do gazów analizowanych wcześniej w skałach wulkanicznych pochodzących z rejonu Morza Czerwonego na północy oraz z obszarów wulkanicznych w Malawi na południu.

Jeden gigantyczny „silnik” pod wschodnią Afryką

Taka zgodność na tak dużej odległości sugeruje coś bardzo konkretnego: cała ta strefa wulkaniczna, od Morza Czerwonego aż po południe systemu ryftowego, może korzystać z jednej, wspólnej, głębokiej „magistrali” gorącej materii.

Geolodzy opisują ją właśnie jako superpióropusz płaszczowy, zakotwiczony tuż przy granicy jądra i płaszcza. To struktura większa i potężniejsza niż typowe pióropusze, które tłumaczą istnienie klasycznych „plam gorąca”, takich jak Hawaje czy Islandia.

Superpióropusz pod wschodnią Afryką mógł uruchomić, a teraz podtrzymuje proces rozrywania kontynentu, dostarczając ciepło i materiał z głębi Ziemi na ogromnym obszarze.

Instrumenty sejsmiczne już wcześniej podpowiadały, że pod Afryką znajdują się wielkie, anormalnie gorące strefy w płaszczu. Analiza gazów dodaje do tej układanki brakujący element – chemiczny „podpis”, który łączy aktywność wulkaniczną od północy po południe w jedną całość.

Od gazów do tektoniki płyt

Dlaczego w ogóle tak bardzo interesuje nas pochodzenie tych gazów? Bo bez zrozumienia głębokiego źródła energii trudno opisać mechanizm działania całego systemu ryftowego. Jeśli w grę wchodzą siły działające aż z okolic granicy jądra i płaszcza, zmienia to obraz ruchów płyt litosfery w tym rejonie.

Według autorów badań wyniki wskazują, że to właśnie superpióropusz działa jak silnik, który:

• podgrzewa i osłabia dolną część skorupy kontynentalnej,
• ułatwia jej rozciąganie i pękanie,
• dostarcza magmę odpowiedzialną za liczne erupcje wulkaniczne wzdłuż ryftu,
• wpływa na kierunek i tempo ruchów sąsiadujących płyt tektonicznych.

Wyniki badań opublikowano w specjalistycznym czasopiśmie naukowym Geophysical Research Letters, gdzie trafiły do szerokiej społeczności geologów i geofizyków zajmujących się wnętrzem Ziemi.

Co może się stać z Afryką za miliony lat?

Procesy tektoniczne mierzy się w milionach lat, więc nic dramatycznego nie wydarzy się za naszego życia. Z punktu widzenia geologa wschodnia Afryka jest jednak na początku drogi, która może zakończyć się powstaniem nowego oceanu.

Jeśli proces będzie postępował, za dziesiątki milionów lat we wschodniej Afryce może wykształcić się nowy basen oceaniczny, podobny do dzisiejszego Morza Czerwonego, a w jeszcze dalszej przyszłości – pełnoprawny ocean. Część wschodnia kontynentu mogłaby wtedy stać się osobną płytą lądową.

Ryzyka dla ludzi i potencjał energii

Choć zmiany tektoniczne są bardzo powolne, ich skutki odczuwamy już dziś. Region ryftu należy do bardziej aktywnych sejsmicznie i wulkanicznie miejsc na Ziemi. Trzęsienia ziemi, nawet niewielkie, stanowią zagrożenie dla infrastruktury i ludności. Wybuchy wulkanów mogą niszczyć uprawy, paraliżować transport lotniczy i zmuszać mieszkańców do ewakuacji.

Z drugiej strony ta sama energia kryje w sobie ogromny potencjał. Aktywne pola geotermalne, jak w Kenii, stanowią źródło odnawialnej energii elektrycznej i ciepła. W niektórych krajach regionu elektrownie geotermalne stają się ważnym elementem miksu energetycznego, pomagając uniezależniać się od paliw kopalnych.

Jak naukowcy „czytają” wnętrze Ziemi

Badania, o których mowa, są dobrym przykładem, jak różne dziedziny nauki łączą siły, aby zrozumieć procesy zachodzące kilkaset czy nawet kilka tysięcy kilometrów pod naszymi stopami. Geochemicy analizują skład gazów i skał, sejsmolodzy śledzą drogę fal sejsmicznych, a geofizycy budują trójwymiarowe modele płaszcza i skorupy.

Izotopy neonu czy helu działają tu jak swoiste „kolorowe znaczniki”, które zdradzają, z jakiej głębokości i z jakiego rezerwuaru pochodzi materiał trafiający do magmy. Jeśli ten sygnał powtarza się w wielu miejscach oddalonych od siebie o tysiące kilometrów, wskazuje to na wspólne, rozległe źródło w głębi płaszcza.

Zrozumienie takiego superpióropusza ma znaczenie nie tylko dla samej Afryki. Tego typu struktury wpływają na ruch płyt na skalę całej planety, kształtując rozmieszczenie kontynentów, oceanów i łańcuchów górskich przez miliardy lat. Dla ludzi żyjących dziś najważniejsze są jednak bardziej przyziemne konsekwencje: gdzie warto inwestować w energię geotermalną, a gdzie trzeba szczególnie uważać na ryzyko trzęsień ziemi i erupcji.

Wiedza o głębokim „silniku” pod wschodnią Afryką pomaga lepiej oceniać te zagrożenia i szanse. Pokazuje też, że nawet pozornie stały kontynent w długiej skali czasu zachowuje się jak powoli płynąca masa, która wciąż się przekształca i rearanżuje.