Le Triangle Afar, dans le nord de l’Éthiopie, est l’un des environnements les plus rudes et les plus isolés de la planète. Cette zone tectoniquement active contient un registre de continents qui se sont disloqués ; des épisodes de mers qui ont inondé le continent ; et les restes de récifs coralliens, de tapis microbiens et d’autres dépôts d’eau salée alors que les mers se desséchaient périodiquement en mares de saumure et en terres sèches.
Des recherches antérieures ont permis de découvrir des preuves que cette région pourrait être l’océan le plus jeune de la Terre. La compréhension des enregistrements sédimentaires dans cette région pourrait détenir des indices sur les futures inondations et la formation de carbonates dans des environnements extrêmes.
En octobre 2013, des scientifiques de l’Université d’Addis-Abeba (Éthiopie), de l’Université de Fribourg (Suisse) et de l’Université de Gand (Belgique) ont fait équipe pour en savoir plus sur l’histoire de la dépression de Danakil, dans la partie nord du Triangle d’Afar. Plus précisément, l’équipe a examiné des sédiments, notamment d’anciennes terrasses de récifs coralliens frangeants et des tapis microbiens fossilisés qui étaient recouverts de dépôts de saumure (évaporites) formés par l’évaporation des océans et des lacs. Depuis lors, l’équipe s’est efforcée d’examiner et de comprendre cette séquence de roches sédimentaires et les environnements passés qui les ont formées.
À la connaissance de l’équipe, il s’agit de la première revisite des dépôts carbonatés du nord de l’Afar depuis près d’un demi-siècle. À la suite de cette expédition, le Consortium de recherche sur les carbonates de l’Afar a été formé comme plateforme pour la poursuite des recherches sur les sédiments de la région. Une importante expédition de suivi sur le terrain a débuté fin janvier 2015.
Afar : Un laboratoire géologique
La dépression de Danakil est bordée à l’ouest par le plateau éthiopien et à l’est par le Horst de Danakil, un bloc de terre surélevé délimité par des failles normales. Dans la partie sud de la dépression se trouve la célèbre chaîne d’Erta Ale, qui contient l’un des seuls lacs de lave au monde.
La dépression présente le bassin isolé de Dallol – l’une des élévations terrestres les plus basses sur Terre, 130 mètres en dessous du niveau de la mer (voir Figure 1). Le bassin connaît également des températures tout au long de l’année qui sont parmi les plus chaudes de la planète. Vestige d’une caldeira volcanique, Dallol est parsemé de sources chaudes qui bouillonnent de saumure, ainsi que de geysers, de monticules de soufre, de piliers de sel et de bassins d’acide.
Dans les années 1960 et 1970, les opérations d’extraction de potasse et les études coordonnées du Centre national de la recherche scientifique de France et du Consiglio Nazionale delle Ricerche d’Italie ont cartographié de manière préliminaire les caractéristiques sédimentaires de la dépression de Danakil . Depuis lors, la recherche géoscientifique s’est largement concentrée sur la tectonique, la volcanologie et la géophysique plutôt que sur des études analytiques du bassin intégrant la tectonique et la sédimentation.
Cette focalisation sur les séismes et les volcans n’est pas surprenante : Afar est l’un des seuls endroits sur Terre où le rifting au fond d’un océan primitif s’insinue sur les terres. Depuis les premiers jours de la théorie de la dérive des continents, les géologues ont utilisé le triangle d’Afar comme un laboratoire de terrain où le début du rifting continental et, potentiellement, océanique, pouvait être étudié en détail.
Des recherches antérieures ont reconstitué une histoire approximative de ce rifting. Il y a environ 30 millions d’années, la lave a suinté des fissures dans la Terre, recouvrant la terre et annonçant la rupture entre l’Arabie et l’Afrique . Après une phase initiale de rupture, la poursuite du rifting dans le triangle a formé plusieurs bassins qui se sont ensuite refermés et remplis de sédiments.
Les failles, les volcans et les digues magmatiques de la partie nord du triangle sont parallèles à la tendance tectonique régionale de la mer Rouge . Ils contiennent également un enregistrement d’anomalies magnétiques similaires à celles observées le long des crêtes d’étalement océaniques . Les géoscientifiques projettent que la région est en passe de devenir l’océan le plus jeune de la Terre.
Records of Early and Episodic Marine Flooding
L’analyse des échantillons sédimentaires collectés lors de l’étude de terrain de 2013 suggère que la région de Dallol a été recouverte par la mer Rouge pendant un certain temps au cours des quelques centaines de milliers d’années passées. Lorsque l’eau de mer a inondé la région à plusieurs reprises, diverses unités riches en carbonates ont été déposées le long des bords de la dépression de Danakil, recouvrant les roches volcaniques situées en dessous. Au centre du bassin se trouvent des séquences d’évaporites successives de 1000 mètres d’épaisseur, témoignant de l’évaporation et de la dessiccation constantes des mares de saumure.
Spécifiquement, l’équipe a étudié des intercroissances de coraux et d’algues appelées récifs coralliens, reliques des périodes où la région était recouverte par la mer Rouge ouverte. D’autres couches riches en évaporites, en dépôts de récifs microbiens et en carbonates de sources chaudes montrent que la même région a été recouverte par des lacs hypersalins (mares de saumure) à différentes périodes (voir figure 2). Entre les récifs coralliens et microbiens, des dépôts de coquilles d’une seule espèce de bivalve et d’une espèce de gastéropode ont été trouvés, signes que cette région a alterné entre des périodes de conditions marines restreintes et ouvertes.
Les dépôts marins étudiés par l’équipe consistent en au moins quatre unités coralliennes superposées. L’équipe a trouvé des preuves de périodes où des récifs frangeants se sont formés (voir Figure 3), séparés par des couches érodées, suggérant de longs épisodes où aucun nouveau dépôt n’a eu lieu et une possible exposition à l’air. De vastes dépôts d’évaporats intercalés entre les carbonates récifaux fournissent des preuves supplémentaires que les océans se sont périodiquement asséchés dans cette région.
Etudes futures
Des études de datation antérieures basées sur le carbone-14 (δ14C) et les rapports isotopiques de l’uranium et du thorium (230Th/234U) des coraux et des bivalves de la zone d’étude ont suggéré que ces fossiles ont entre 230 000 et 24 000 ans . De nouveaux résultats de détermination de l’âge radio-isotopique aideront à contraindre la chronologie de l’alternance entre les conditions marines restreintes et ouvertes à des résolutions plus élevées et relieront cet enregistrement aux changements relatifs du niveau de la mer.
En outre, des dépôts de tapis microbiens – petits stromatolites et thrombolites – ont été trouvés non seulement dans des environnements de pente récifale et dans des cavités de récifs coralliens, mais aussi sur les marges de lacs hypersalins anciens et plus récents. Les carbonates de sources chaudes bordant le lac et les dépôts de mares salines suggèrent que l’activité hydrothermale a influencé la région pendant la fermeture de la dépression. L’étude de ces dépôts microbiens bien exposés permettra à l’équipe de mieux comprendre comment les processus microbiens ont médié la précipitation des carbonates dans les milieux marins ouverts et hypersalins.
L’intégration des données de terrain avec les observations géophysiques permettra de comprendre à l’échelle du bassin comment les fluctuations environnementales ont influencé le dépôt des sédiments et comment ces sédiments ont été influencés par les événements tectoniques et magmatiques.
Remerciements
Nous remercions l’Université de Fribourg, l’Université de Gand et le réseau de recherche européen COCARDE-ERN (Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network) de la Fondation européenne de la science pour leur soutien. Nous remercions également l’École des sciences de la Terre de l’Université d’Addis-Abeba pour avoir facilité le travail sur le terrain.