De Afar Driehoek in het noorden van Ethiopië is een van de ruigste, meest afgelegen omgevingen op aarde. In dit tektonisch actieve gebied zijn continenten uit elkaar gevallen, hebben zeeën het continent overspoeld en zijn overblijfselen gevonden van koraalriffen, microbiële matten en andere zoutwaterafzettingen doordat zeeën periodiek verdroogden tot pekelpoelen en droog land.
Bij onderzoek in het verleden zijn aanwijzingen aan het licht gekomen dat dit gebied wel eens de jongste oceaan op aarde zou kunnen zijn. Inzicht in de sedimentaire gegevens in deze regio kan aanwijzingen bevatten voor toekomstige overstromingen en de vorming van carbonaten in extreme omgevingen.
In oktober 2013 hebben wetenschappers van de Addis Abeba Universiteit (Ethiopië), de Universiteit van Fribourg (Zwitserland) en de Universiteit van Gent (België) de handen ineengeslagen om meer te weten te komen over de geschiedenis van de Danakil Depressie in het noordelijke deel van de Afar Driehoek. Het team onderzocht met name sedimenten, waaronder oude terrassen van koraalriffen en gefossiliseerde microbiële matten die werden bedekt door pekelafzettingen (evaporieten) die werden gevormd door verdampende oceanen en meren. Sindsdien heeft het team gewerkt aan het onderzoeken en begrijpen van deze opeenvolging van sedimentgesteenten en de vroegere omgevingen die ze hebben gevormd.
Voor zover het team weet, is dit het eerste herbezoek van de carbonaatafzettingen van Noord- Afar in bijna een halve eeuw. Als gevolg van deze expeditie werd het Afar Carbonate Research Consortium opgericht als platform voor verder onderzoek naar de afzettingen in de regio. Een belangrijke vervolgexpeditie begon eind januari 2015.
Afar: A Geological Laboratory
De Danakil Depressie wordt in het westen begrensd door het Ethiopisch Plateau en in het oosten door de Danakil Horst, een verhoogd blok land begrensd door normale breuken. In het zuidelijke deel van de depressie ligt het beroemde Erta Ale-gebergte, dat een van de enige lavameren ter wereld bevat.
De depressie wordt gekenmerkt door het afgelegen Dallol-bekken – een van de laagste hoogten op aarde, 130 meter onder zeeniveau (zie figuur 1). Het bekken heeft ook het hele jaar door temperaturen die tot de heetste op aarde behoren. Dallol, de overblijfselen van een vulkanische caldera, is bezaaid met hete bronnen die borrelen van pekel, evenals geisers, zwavelheuvels, zoutpilaren en zure poelen.
In de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw brachten kalimijnbouwactiviteiten en gecoördineerde studies van het Centre National de la Recherche Scientifique van Frankrijk en de Consiglio Nazionale delle Ricerche van Italië de sedimentaire kenmerken van de Danakil Depressie voorlopig in kaart. Sindsdien heeft het geowetenschappelijk onderzoek zich grotendeels geconcentreerd op tektoniek, vulkanologie en geofysica in plaats van analytische studies van het bekken die tektoniek en sedimentatie integreren.
Deze focus op aardbevingen en vulkanen is niet verrassend: Afar is een van de weinige plaatsen op aarde waar de rifting op de bodem van een vroege oceaan het land op kruipt. Al sinds de begindagen van de theorie van de continentale drift hebben geologen de Afardriehoek gebruikt als een veldlaboratorium waar het begin van continentale en, mogelijk, oceanische rifting in detail kon worden bestudeerd.
Vorig onderzoek heeft een ruwe geschiedenis van deze rifting in kaart gebracht. Ongeveer 30 miljoen jaar geleden sijpelde lava uit scheuren in de aarde, bedekte het land en luidde de breuk tussen Arabië en Afrika in. Na een eerste breukfase, vormde de voortdurende rifting in de driehoek verschillende bekkens die later dichtgroeiden en gevuld werden met sedimenten.
De breuken, vulkanen en magma dijken in het noordelijke deel van de driehoek lopen parallel aan de regionale tektonische trend van de Rode Zee . Zij bevatten ook een record van magnetische anomalieën vergelijkbaar met die waargenomen langs oceanische spreidingsruggen. Geowetenschappers voorspellen dat het gebied op weg is om de jongste oceaan op aarde te worden.
Records of Early and Episodic Marine Flooding
Analyse van sedimentmonsters die tijdens het veldonderzoek van 2013 werden verzameld, doet vermoeden dat het Dallol-gebied gedurende de afgelopen honderdduizenden jaren door de Rode Zee werd bedekt. Toen de regio herhaaldelijk werd overspoeld door zeewater, werden diverse carbonaatrijke eenheden afgezet langs de randen van de Danakil Depressie, die de vulkanische gesteenten eronder bedekten. In het midden van het bekken zijn 1000 meter dikke opeenvolgende verdampingsreeksen te zien, die getuigen van de voortdurende verdamping en uitdroging van pekelpoelen.
Specifiek bestudeerde het team tussengroeisels van koraal en algen, die koraalriffen worden genoemd, overblijfselen uit de perioden dat de regio werd bedekt door de open Rode Zee. Andere lagen die rijk zijn aan evaporieten, microbiële rifafzettingen en warmwaterbroncarbonaten tonen aan dat dezelfde regio in verschillende perioden bedekt was door hypersaliene meren (pekelpoelen) (zie figuur 2). Tussen de koraalriffen en de microbiële riffen werden schelpafzettingen gevonden van slechts één tweekleppige en één buikpotige soort, wat erop wijst dat deze regio afwisselend perioden van beperkte en open mariene omstandigheden kende.
De mariene afzettingen die door het team werden bestudeerd, bestaan uit ten minste vier boven elkaar liggende koraaleenheden. Het team vond bewijzen van perioden waarin zich franjeriffen vormden (zie figuur 3), gescheiden door geërodeerde lagen, wat wijst op lange perioden waarin geen nieuwe afzetting plaatsvond en mogelijk blootstelling aan de lucht. Uitgebreide verdampingsafzettingen tussen de rifcarbonaten leveren verder bewijs dat de oceanen in deze regio periodiek opdroogden.
Toekomstige studies
Vorige dateringsstudies op basis van koolstof-14 (δ14C) en isotopische verhoudingen van uranium en thorium (230Th/234U) van koralen en tweekleppigen uit het studiegebied suggereerden dat deze fossielen tussen 230.000 en 24.000 jaar oud zijn. Nieuwe resultaten van radio-isotopische ouderdomsbepalingen zullen helpen het tijdstip van de afwisseling tussen beperkte en open mariene omstandigheden met hogere resoluties te bepalen en zullen deze gegevens koppelen aan relatieve veranderingen van het zeeniveau.
Bovendien zijn microbiële matafzettingen – kleine stromatolieten en trombolieten – niet alleen gevonden in rifhellingmilieus en in holten van koraalriffen, maar ook aan de randen van oude en meer recente hypersaliene meren. Hete broncarbonaten rond het meer en pekelbadafzettingen suggereren dat hydrothermale activiteit de regio beïnvloedde tijdens de sluiting van de depressie. Door deze goed blootgelegde microbiële afzettingen te bestuderen, zal het team beter kunnen begrijpen hoe microbiële processen de carbonaatneerslag in zowel open mariene als hypersaline omgevingen hebben gemedieerd.
Integratie van veldgegevens met geofysische waarnemingen zal een bekkenbreed begrip opleveren van hoe milieufluctuaties de afzetting van sedimenten hebben beïnvloed en hoe deze sedimenten werden beïnvloed door tektonische en magmatische gebeurtenissen.
Acknowledgments
We danken de Universiteit van Fribourg, de Universiteit Gent, en het Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) van de European Science Foundation voor hun steun. We danken ook de School voor Aardwetenschappen van de Universiteit van Addis Abeba voor het faciliteren van het veldwerk.