Afar-trekanten i det nordlige Etiopien er et af de hårdeste og mest afsidesliggende miljøer på Jorden. Dette tektonisk aktive område indeholder en optegnelse over kontinenter, der er brudt fra hinanden; episoder med oversvømmelser af havene på kontinentet; og resterne af koralrev, mikrobielle måtter og andre saltvandsaflejringer, da havene periodisk tørrede ud til saltvandsbassiner og tørt land.
Sidste undersøgelser har afdækket tegn på, at denne region kan være det yngste hav på Jorden. Forståelse af de sedimentære optegnelser i denne region kan indeholde ledetråde til fremtidige oversvømmelser og karbonatdannelse i ekstreme miljøer.
I oktober 2013 gik forskere fra Addis Ababa University (Etiopien), University of Fribourg (Schweiz) og Ghent University (Belgien) sammen for at lære mere om Danakil-depressionens historie i den nordlige del af Afar-trekanten. Konkret undersøgte holdet sedimenter, herunder gamle randkoralrevsterrasser og fossiliserede mikrobielle måtter, som var dækket af saltvandsaflejringer (evaporitter), der blev dannet af fordampe oceaner og søer. Siden da har holdet arbejdet på at undersøge og forstå denne sekvens af sedimentære bjergarter og de tidligere miljøer, der dannede dem.
Så vidt holdet ved, er dette den første fornyede undersøgelse af de karbonataflejringer i det nordlige Afar i næsten et halvt århundrede. Som et resultat af denne ekspedition blev Afar Carbonate Research Consortium dannet som en platform for yderligere forskning i sedimenterne i regionen. En vigtig opfølgende feltekspedition blev påbegyndt i slutningen af januar 2015.
Afar: Et geologisk laboratorium
Danakil-depressionen er afgrænset mod vest af den etiopiske højslette og mod øst af Danakil-horsten, en hævet blok af land, der er afgrænset af normale forkastninger. I depressionens sydlige del ligger den berømte Erta Ale-kæde, som indeholder en af de eneste lavasøer i verden.
Den afsidesliggende Dallol-bassin er en af de laveste landhøjder på jorden, 130 meter under havniveau (se figur 1). Bækkenet har også temperaturer året rundt, der er blandt de varmeste på planeten. Dallol, som er resterne af en vulkansk caldera, er spækket med varme kilder, der bobler af saltvand, samt gejsere, svovlhøje, saltsøjler og syrepools.
I 1960’erne og 1970’erne blev der i forbindelse med kaliudvinding og koordinerede undersøgelser fra Frankrigs Centre National de la Recherche Scientifique og Italiens Consiglio Nazionale delle Ricerche foreløbigt kortlagt de sedimentære karakteristika i Danakil-depressionen. Siden da har den geovidenskabelige forskning i vid udstrækning fokuseret på tektonik, vulkanologi og geofysik i stedet for analytiske undersøgelser af bassinet, der integrerer tektonik og sedimentation.
Denne fokus på jordskælv og vulkaner er ikke overraskende: Afar er et af de eneste steder på Jorden, hvor rifting på bunden af et tidligt ocean er ved at snige sig op på land. Lige siden kontinentaldriftsteoriens tidlige dage har geologer brugt Afar-trianglen som et feltlaboratorium, hvor man kunne studere den begyndende kontinental og potentielt oceaniske rifting i detaljer.
Tidligere forskning har sat en grov historie om denne rifting sammen. For ca. 30 millioner år siden sivede lava ud af sprækker i jorden og dækkede landet og varslede bruddet mellem Arabien og Afrika . Efter en indledende brudfase dannede den fortsatte rifting i trekanten flere bassiner, som senere lukkede sig og blev fyldt med sedimenter.
Forkastningerne, vulkanerne og magmadigerne i den nordlige del af trekanten løber parallelt med den regionale tektoniske tendens i Det Røde Hav . De indeholder også en registrering af magnetiske anomalier svarende til dem, der er observeret langs oceaniske spredningsrygge . Geovidenskabsfolk regner med, at regionen er på vej til at blive det yngste hav på Jorden.
Rekorder over tidlige og episodiske marine oversvømmelser
Analyse af sedimentprøver indsamlet under feltundersøgelsen i 2013 tyder på, at Dallol-området var dækket af Det Røde Hav på et tidspunkt i de sidste par hundrede tusinder af år. Da havvand gentagne gange oversvømmede regionen, blev forskellige karbonatrige enheder aflejret langs kanterne af Danakil-depressionen og dækkede vulkaniske bjergarter nedenunder. I midten af bassinet findes 1000 meter tykke på hinanden følgende evaporit-sekvenser, der vidner om den konstante fordampning og udtørring af saltvandsbassiner.
Specifikt undersøgte holdet sammenvækster af koraller og alger kaldet koralrev, som er levn fra de perioder, hvor regionen var dækket af det åbne Røde Hav. Andre lag, der er rige på evaporitter, mikrobielle revaflejringer og karbonater fra varme kilder, viser, at den samme region var dækket af hypersaltede søer (saltvandsbassiner) i forskellige perioder (se figur 2). Mellem koral- og mikrobielle rev blev der kun fundet skalaflejringer af én art af toskallede og én art af snegle, hvilket er tegn på, at denne region vekslede mellem perioder med begrænsede og åbne marine forhold.
De marine aflejringer, som holdet undersøgte, består af mindst fire overlejrede koral-enheder. Holdet fandt tegn på perioder, hvor der blev dannet frynseriv (se figur 3), adskilt af eroderede lag, hvilket tyder på lange episoder, hvor der ikke skete nye aflejringer og mulig eksponering for luft. Omfattende fordampningsaflejringer spredt mellem revkarbonater giver yderligere bevis for, at havene periodisk tørrede ud i denne region.
Fremtidige undersøgelser
Fremtidige dateringsundersøgelser baseret på kulstof-14 (δ14C) og isotopforholdet for uran og thorium (230Th/234U) af koraller og toskallede dyr fra undersøgelsesområdet tydede på, at disse fossiler er mellem 230.000 og 24.000 år gamle . Nye resultater af radioisotopisk aldersbestemmelse vil bidrage til at begrænse tidspunktet for skiftet mellem begrænsede og åbne marine forhold ved højere opløsninger og vil knytte denne registrering til relative ændringer i havniveauet.
Dertil kommer, at mikrobielle matteaflejringer – små stromatolitter og thrombolitter – er blevet fundet ikke kun i revskråningsmiljøer og i koralrevshulrum, men også ved randen af gamle og nyere hypersaltede søer. Karbonater fra varme kilder, der omkranser søen, og saltvandsaflejringer tyder på, at hydrotermisk aktivitet påvirkede området under lukningen af depressionen. Studiet af disse veleksponerede mikrobielle aflejringer vil give holdet mulighed for bedre at forstå, hvordan mikrobielle processer formidlede karbonatudfældning i både åbne marine og hypersalpine miljøer.
Integration af feltdata med geofysiske observationer vil give en forståelse for hele bassinet af, hvordan miljømæssige udsving påvirkede aflejringen af sedimenter, og hvordan disse sedimenter blev påvirket af tektoniske og magmatiske hændelser.
Akkreditering
Vi takker universitetet i Fribourg, Ghent University og European Science Foundation’s Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) for deres støtte. Vi takker også Addis Ababa University’s School of Earth Sciences for at lette feltarbejdet.