Pohjois-Etiopiassa sijaitseva Afar-kolmio on yksi maapallon karuimmista ja syrjäisimmistä ympäristöistä. Tämä tektonisesti aktiivinen alue sisältää merkintöjä mantereiden hajoamisesta; jaksoista, jolloin meret tulvivat mantereen yli; ja koralliriuttojen, mikrobimattojen ja muiden suolavesiesiintymien jäänteistä, kun meret kuivuivat ajoittain suolavesilammikoiksi ja kuivaksi maaksi.
Aiemmat tutkimukset ovat paljastaneet viitteitä siitä, että tämä alue saattaa olla maapallon nuorin valtameri. Tämän alueen sedimenttirekisterin ymmärtäminen voi antaa vihjeitä tulevista tulvista ja karbonaattien muodostumisesta ääriympäristöissä.
Lokakuussa 2013 Addis Abeban yliopiston (Etiopia), Fribourgin yliopiston (Sveitsi) ja Gentin yliopiston (Belgia) tutkijat lyöttäytyivät yhteen saadakseen lisätietoa Afar-kolmion pohjoispuolella sijaitsevan Danakilin painanteen historiasta. Ryhmä tutki erityisesti sedimenttejä, kuten muinaisia koralliriuttojen reunaterasseja ja fossiilisia mikrobimattoja, joita peittivät haihtuvista meristä ja järvistä muodostuneet suolavesikerrostumat (evaporiitit). Siitä lähtien ryhmä on työskennellyt tutkiakseen ja ymmärtääkseen tätä sedimenttikivijaksoa ja niitä muodostaneita menneisyyden ympäristöjä.
Ryhmän tietojen mukaan tämä on ensimmäinen Pohjois-Afarin karbonaattikerrostumien uudelleentarkastelu lähes puoleen vuosisataan. Tämän retkikunnan tuloksena perustettiin Afarin karbonaattitutkimuskonsortio, joka toimii foorumina alueen sedimenttien jatkotutkimukselle. Tärkeä jatkoretki alkoi tammikuun 2015 lopulla.
Afar: A Geological Laboratory
Danakilin syvänne rajoittuu lännessä Etiopian ylätasankoon ja idässä Danakil Horstiin, joka on normaalijyrkänteiden rajaama kohouma. Masennuksen eteläosassa sijaitsee kuuluisa Erta Ale -vuorijono, jossa on yksi maailman ainoista laavajärvistä.
Laaksossa sijaitsee syrjäinen Dallol-allas, joka on yksi maapallon matalimmista maankohoamisalueista, 130 metriä merenpinnan alapuolella (ks. kuva 1). Altaassa on myös ympärivuotiset lämpötilat, jotka ovat planeetan kuumimpia. Tuliperäisen kalderan jäänteenä Dallol on täynnä kuumia lähteitä, jotka kuplivat suolavettä, sekä geysirejä, rikkikukkuloita, suolapilareita ja happamia altaita.
1960- ja 1970-luvuilla potaskan kaivostoiminta ja Ranskan Centre National de la Recherche Scientifique ja Italian Consiglio Nazionale delle Ricerche koordinoidut tutkimukset kartoittivat alustavasti Danakilin syvänteen sedimenttiominaisuudet. Sittemmin geotieteellinen tutkimus on keskittynyt suurelta osin tektoniikkaan, vulkanologiaan ja geofysiikkaan eikä niinkään altaan analyyttisiin tutkimuksiin, joissa yhdistetään tektoniikka ja sedimentaatio.
Tämä keskittyminen maanjäristyksiin ja tulivuoreen ei ole yllättävää: Afar on yksi ainoista paikoista maapallolla, jossa varhaisen valtameren pohjalla tapahtuva repeytyminen ryömii maalle. Mantereiden ajelehtimisteorian alkuajoista lähtien geologit ovat käyttäneet Afarin kolmiota kenttälaboratoriona, jossa mantereiden ja mahdollisesti myös valtamerten repeytymisen alkamista on voitu tutkia yksityiskohtaisesti.
Varhaisemmat tutkimukset ovat koonneet karkeasti yhteen tämän repeytymisen historiaa. Noin 30 miljoonaa vuotta sitten maan halkeamista tihkui laavaa, joka peitti maan alleen ja enteili Arabian ja Afrikan erkaantumista. Alkuperäisen hajoamisvaiheen jälkeen kolmion jatkuva repeytyminen muodosti useita altaita, jotka myöhemmin sulkeutuivat ja täyttyivät sedimenteillä.
Kolmion pohjoisosassa olevat ruhjeet, tulivuoret ja magmapiikit kulkevat samansuuntaisesti Punaisenmeren alueellisen tektonisen suuntauksen kanssa . Niissä on myös magneettisia anomalioita, jotka ovat samankaltaisia kuin valtamerten levittäytymisharjanteiden varrella havaitut anomaliat . Geotieteilijät arvioivat, että alueesta on tulossa maapallon nuorin valtameri.
Records of Early and Episodic Marine Flooding
Vuoden 2013 kenttätutkimuksen aikana kerättyjen sedimenttinäytteiden analyysi viittaa siihen, että Dallolin alue on ollut Punaisen meren peitossa joskus viimeisten satojen tuhansien vuosien aikana. Kun merivesi toistuvasti tulvi alueelle, Danakilin syvänteen reunoille kerrostui erilaisia karbonaattipitoisia yksiköitä, jotka peittivät alla olevat vulkaaniset kivet. Altaan keskellä on 1000 metrin paksuisia peräkkäisiä evaporiittisekvenssejä, jotka todistavat suolavesialtaiden jatkuvasta haihtumisesta ja kuivumisesta.
Erityisesti työryhmä tutki korallien ja levien välikasvustoja, niin sanottuja korallileväriuttoja, jotka ovat jäänteitä ajoilta, jolloin aluetta peitti avoin Punainenmeri. Muut kerrostumat, joissa on runsaasti evaporiitteja, mikrobisia riuttaesiintymiä ja kuumien lähteiden karbonaatteja, osoittavat, että samaa aluetta peittivät eri aikakausina hypersaliinijärvet (suolavesialtaat) (ks. kuva 2). Koralli- ja mikrobiriuttojen välistä löytyi vain yhden simpukkalajin ja yhden gastropodilajin kuorikerrostumia, jotka ovat merkkejä siitä, että tällä alueella vuorottelivat rajoitettujen ja avoimien meriolosuhteiden kaudet.
Ryhmän tutkimat merikerrostumat koostuvat ainakin neljästä päällekkäisestä koralliriuttayksiköstä. Ryhmä löysi todisteita jaksoista, jolloin muodostui reunariuttoja (ks. kuva 3), joita eroosiokerrokset erottavat toisistaan, mikä viittaa pitkiin jaksoihin, jolloin uutta kerrostumista ei tapahtunut, ja mahdolliseen altistumiseen ilmalle. Riuttojen karbonaattien väliin sijoittuvat laajat haihdutuskerrostumat ovat lisänäyttöä siitä, että valtameret ovat ajoittain kuivuneet tällä alueella.
Tulevaisuuden tutkimukset
Tutkimusalueelta peräisin olevien korallien ja simpukoiden hiili-14:n (δ14C) ja uraanin ja toriumin isotooppisuhteiden (230Th/234U) perusteella tehdyt aiemmat ajoitustutkimukset osoittivat, että nämä fossiilit ovat iältään 230 000-24 000 vuotta . Uudet radioisotooppiset iänmääritystulokset auttavat tarkentamaan rajoitettujen ja avoimien meriolosuhteiden välisen vuorottelun ajoitusta korkeammalla resoluutiolla ja yhdistämään tämän ennätyksen merenpinnan suhteellisiin muutoksiin.
Mikrobimattokertymiä – pieniä stromatoliitteja ja tromboliitteja – on löydetty riuttojen rinneympäristöjen ja korallileväriuttojen kaviteettien lisäksi myös muinaisten ja uudempien hypersaliinijärvien reunoilta. Järviä reunustavat kuumat lähdekarbonaatit ja suolavesialtaiden kerrostumat viittaavat siihen, että hydroterminen toiminta vaikutti alueella painanteen sulkeutumisen aikana. Tutkimalla näitä hyvin paljastuneita mikrobiesiintymiä tutkimusryhmä pystyy ymmärtämään paremmin, miten mikrobiprosessit välittivät karbonaattien saostumista sekä avoimissa merellisissä että hypersaliinisissa ympäristöissä.
Kenttätulosten ja geofysikaalisten havaintojen yhdistäminen antaa koko altaan laajuisen ymmärryksen siitä, miten ympäristövaihtelut vaikuttivat sedimenttien laskeutumiseen ja miten tektoniset ja magmaattiset tapahtumat vaikuttivat näihin sedimentteihin.
Kiitokset
Kiitämme Fribourgin yliopistoa, Gentin yliopistoa ja Euroopan tiedesäätiön Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) -verkostoa tuesta. Kiitämme myös Addis Abeban yliopiston geotieteiden laitosta kenttätyön helpottamisesta.