Il Triangolo di Afar nell’Etiopia settentrionale è uno degli ambienti più difficili e remoti della Terra. Questa zona tettonicamente attiva contiene un record di continenti che si sono spaccati; episodi di mari che hanno inondato il continente; e i resti di barriere coralline, tappeti microbici e altri depositi di acqua salata quando i mari si sono periodicamente disseccati in piscine di salamoia e terraferma.
Le indagini passate hanno scoperto prove che questa regione potrebbe essere l’oceano più giovane della Terra. La comprensione dei record sedimentari in questa regione può contenere indizi sulle future inondazioni e la formazione di carbonati in ambienti estremi.
Nell’ottobre 2013, gli scienziati dell’Università di Addis Abeba (Etiopia), l’Università di Friburgo (Svizzera) e l’Università di Ghent (Belgio) si sono uniti per saperne di più sulla storia della depressione di Danakil nella parte settentrionale del Triangolo di Afar. In particolare, il team ha esaminato i sedimenti, tra cui antiche terrazze della barriera corallina di frangia e tappeti microbici fossilizzati che erano coperti da depositi di salamoia (evaporiti) formati dall’evaporazione di oceani e laghi. Da allora, il team ha lavorato per esaminare e comprendere questa sequenza di rocce sedimentarie e gli ambienti passati che le hanno formate.
A conoscenza del team, questa è la prima rivisitazione dei depositi carbonatici dell’Afar settentrionale in quasi mezzo secolo. Come risultato di questa spedizione, il Consorzio di ricerca sui carbonati dell’Afar è stato formato come piattaforma per ulteriori ricerche sui sedimenti della regione. Un’importante spedizione sul campo è iniziata alla fine di gennaio 2015.
Afar: Un laboratorio geologico
La depressione del Danakil è delimitata a ovest dall’altopiano etiope e a est dal Danakil Horst, un blocco di terra rialzato delimitato da faglie normali. Nella parte meridionale della depressione si trova la famosa catena Erta Ale, che contiene uno degli unici laghi di lava al mondo.
La depressione è caratterizzata dal remoto Dallol Basin, una delle più basse elevazioni terrestri sulla Terra, 130 metri sotto il livello del mare (vedi Figura 1). Il bacino ha anche temperature tutto l’anno che sono tra le più calde del pianeta. I resti di una caldera vulcanica, Dallol è costellato di sorgenti calde che spumeggiano di salamoia, così come geyser, cumuli di zolfo, colonne di sale e piscine acide.
Negli anni ’60 e ’70, le operazioni di estrazione del potassio e gli studi coordinati del Centre National de la Recherche Scientifique francese e del Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano hanno preliminarmente mappato le caratteristiche sedimentarie della depressione di Danakil. Da allora, la ricerca geoscientifica si è concentrata in gran parte sulla tettonica, la vulcanologia e la geofisica, piuttosto che sugli studi analitici del bacino che integrano tettonica e sedimentazione.
Questa attenzione ai terremoti e ai vulcani non è sorprendente: L’Afar è uno dei pochi luoghi sulla Terra dove il rifting sul fondo di un oceano primordiale si sta insinuando sulla terraferma. Fin dai primi giorni della teoria della deriva dei continenti, i geologi hanno usato il Triangolo di Afar come un laboratorio sul campo dove l’inizio del rifting continentale e, potenzialmente, oceanico potrebbe essere studiato in dettaglio.
La ricerca precedente ha messo insieme una storia approssimativa di questo rifting. Circa 30 milioni di anni fa, la lava sgorgava dalle crepe della Terra, coprendo la terra e annunciando la rottura tra l’Arabia e l’Africa. Dopo una fase iniziale di rottura, il continuo rifting nel triangolo formò diversi bacini che in seguito si chiusero e si riempirono di sedimenti.
Le faglie, i vulcani e i dicchi di magma nella parte settentrionale del triangolo corrono paralleli alla tendenza tettonica regionale del Mar Rosso. Essi contengono anche un record di anomalie magnetiche simili a quelle osservate lungo le creste di diffusione oceanica. I geoscienziati prevedono che la regione sia sulla buona strada per diventare l’oceano più giovane della Terra.
Record of Early and Episodic Marine Flooding
L’analisi dei campioni sedimentari raccolti durante lo studio sul campo del 2013 suggerisce che l’area di Dallol è stata coperta dal Mar Rosso durante qualche tempo nelle ultime centinaia di migliaia di anni. Quando l’acqua del mare ha inondato ripetutamente la regione, diverse unità ricche di carbonato si sono depositate lungo i bordi della depressione di Danakil, coprendo le rocce vulcaniche sottostanti. Nel centro del bacino ci sono sequenze successive di evaporiti di 1000 metri di spessore, testimonianza dell’evaporazione costante e dell’essiccazione delle piscine di salamoia.
In particolare, il team ha studiato intergrowths di corallo e alghe chiamate barriere coralline, reliquie dei periodi in cui la regione era coperta dal Mar Rosso aperto. Altri strati ricchi di evaporiti, depositi di barriera microbica e carbonati di sorgenti calde mostrano che la stessa regione era coperta da laghi ipersalini (piscine saline) in diversi periodi di tempo (vedi Figura 2). Tra le barriere coralline e microbiche, sono stati trovati depositi di conchiglie di una sola specie di bivalvi e di una specie di gasteropodi, segni che questa regione ha alternato periodi di condizioni marine ristrette e aperte.
I depositi marini studiati dal team consistono di almeno quattro unità coralline sovrapposte. Il team ha trovato prove di periodi in cui si sono formate scogliere di frangia (vedi Figura 3), separate da strati erosi, suggerendo lunghi episodi in cui non si sono verificate nuove deposizioni e una possibile esposizione all’aria. Estesi depositi di evaporiti intervallati da carbonati di barriera forniscono ulteriori prove che gli oceani si sono periodicamente prosciugati in questa regione.
Studi futuri
Studi di datazione precedenti basati sul carbonio-14 (δ14C) e sui rapporti isotopici di uranio e torio (230Th/234U) di coralli e bivalvi dell’area di studio hanno suggerito che questi fossili hanno un’età compresa tra 230.000 e 24.000 anni. I nuovi risultati della determinazione dell’età radioisotopica aiuteranno a vincolare i tempi dell’alternanza tra condizioni marine ristrette e aperte a risoluzioni più elevate e collegheranno questo record ai relativi cambiamenti del livello del mare.
Inoltre, i depositi microbici a tappeto – piccole stromatoliti e tromboliti – sono stati trovati non solo in ambienti di pendenza della barriera corallina e nelle cavità della barriera corallina ma anche ai margini di antichi e più recenti laghi ipersalini. I carbonati delle sorgenti calde che circondano il lago e i depositi delle piscine di salamoia suggeriscono che l’attività idrotermale ha influenzato la regione durante la chiusura della depressione. Lo studio di questi depositi microbici ben esposti permetterà al team di capire meglio come i processi microbici abbiano mediato la precipitazione dei carbonati sia in ambienti marini aperti che ipersalini.
L’integrazione dei dati sul campo con le osservazioni geofisiche fornirà una comprensione a livello di bacino di come le fluttuazioni ambientali abbiano influenzato la deposizione dei sedimenti e come questi sedimenti siano stati influenzati da eventi tettonici e magmatici.
Riconoscimenti
Ringraziamo l’Università di Friburgo, l’Università di Ghent e l’European Science Foundation’s Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) per il loro supporto. Ringraziamo anche la Scuola di Scienze della Terra dell’Università di Addis Abeba per aver facilitato il lavoro sul campo.