Trójkąt Afar w północnej Etiopii jest jednym z najsurowszych, najbardziej odległych środowisk na Ziemi. Ten aktywny tektonicznie obszar zawiera zapis rozpadu kontynentów; epizodów mórz zalewających kontynent; oraz pozostałości raf koralowych, mat mikrobialnych i innych osadów słonej wody, gdy morza okresowo wysychały w baseny solankowe i suchy ląd.
Poprzednie badania ujawniły dowody na to, że ten region może być najmłodszym oceanem na Ziemi. Zrozumienie zapisów sedymentacyjnych w tym regionie może zawierać wskazówki dotyczące przyszłych powodzi i tworzenia się węglanów w ekstremalnych środowiskach.
W październiku 2013 roku naukowcy z Addis Ababa University (Etiopia), University of Fribourg (Szwajcaria) i Ghent University (Belgia) połączyli siły, aby dowiedzieć się więcej o historii depresji Danakil w północnej części Trójkąta Afar. Zespół badał osady, w tym starożytne tarasy raf koralowych i skamieniałe maty mikrobiologiczne, które były pokryte osadami solankowymi (ewaporytami) powstałymi w wyniku wyparowywania oceanów i jezior. Od tego czasu zespół pracował nad zbadaniem i zrozumieniem tej sekwencji skał osadowych i przeszłych środowisk, które je tworzyły.
Według wiedzy zespołu, jest to pierwsza rewizyta północnych złóż węglanowych Afaru od prawie pół wieku. W wyniku tej ekspedycji powstało Afar Carbonate Research Consortium jako platforma do dalszych badań nad osadami w tym regionie. Ważna kontynuacja ekspedycji terenowej rozpoczęła się pod koniec stycznia 2015 r.
Afar: A Geological Laboratory
Depresja Danakil graniczy od zachodu z Płaskowyżem Etiopskim, a od wschodu z Danakil Horst, podwyższonym blokiem ziemi ograniczonym normalnymi uskokami. W południowej części depresji leży słynne pasmo Erta Ale, w którym znajduje się jedno z jedynych na świecie jezior lawowych.
The depression features the remote Dallol Basin-one of the lowest land elevations on Earth, 130 metres below sea level (see Figure 1). W kotlinie tej panują również całoroczne temperatury, które należą do najgorętszych na naszej planecie. Pozostałości wulkanicznej kaldery, Dallol jest usiany gorącymi źródłami, które bulgoczą solanką, jak również gejzerami, kopcami siarki, słupami soli i kwaśnymi basenami.
W latach 60-tych i 70-tych, operacje wydobywcze potasu i skoordynowane badania francuskiego Centre National de la Recherche Scientifique i włoskiego Consiglio Nazionale delle Ricerche wstępnie zmapowały charakterystykę osadów depresji Danakil. Od tego czasu badania geologiczne w dużej mierze skupiały się na tektonice, wulkanologii i geofizyce, a nie na analitycznych badaniach basenu, które integrują tektonikę i sedymentację.
Ta koncentracja na trzęsieniach ziemi i wulkanach nie jest zaskakująca: Afar jest jednym z jedynych miejsc na Ziemi, gdzie ryftowanie na dnie wczesnego oceanu wkrada się na ląd. Od wczesnych dni teorii dryfu kontynentalnego geolodzy używali Trójkąta Afar jako laboratorium polowego, gdzie początek kontynentalnego i, potencjalnie, oceanicznego ryftu mógł być szczegółowo badany.
Poprzednie badania zebrały razem przybliżoną historię tego ryftu. Około 30 milionów lat temu, lawa wyciekła z pęknięć w Ziemi, pokrywając ziemię i zwiastując rozpad między Arabią i Afryką. Po początkowej fazie rozpadu, kontynuowane ryftowanie w trójkącie utworzyło kilka basenów, które później zamknęły się i zostały wypełnione osadami.
Uskok, wulkany i wały magmowe w północnej części trójkąta biegną równolegle do regionalnego trendu tektonicznego Morza Czerwonego . Zawierają one również zapis anomalii magnetycznych podobnych do tych obserwowanych wzdłuż oceanicznych grzbietów rozprzestrzeniania się. Geologowie przewidują, że region ten jest na najlepszej drodze do stania się najmłodszym oceanem na Ziemi.
Records of Early and Episodic Marine Flooding
Analiza próbek osadów zebranych podczas badań terenowych w 2013 roku sugeruje, że obszar Dallol był pokryty przez Morze Czerwone w pewnym okresie w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat. Ponieważ woda morska wielokrotnie zalewała ten region, wzdłuż krawędzi depresji Danakil osadzały się zróżnicowane jednostki bogate w węglan, przykrywając znajdujące się poniżej skały wulkaniczne. W centrum basenu znajdują się kolejne sekwencje ewaporytów o grubości 1000 metrów, świadczące o ciągłym parowaniu i wysychaniu basenów solankowych.
W szczególności zespół badał przerosty koralowców i glonów zwane rafami koralowymi, relikty z okresów, gdy region był pokryty otwartym Morzem Czerwonym. Inne warstwy bogate w ewapority, osady raf mikrobialnych i węglany z gorących źródeł pokazują, że ten sam region był pokryty jeziorami hipersalnymi (basenami solankowymi) w różnych okresach czasu (patrz Rysunek 2). Pomiędzy rafami koralowymi i mikrobialnymi znaleziono depozyty muszli tylko jednego gatunku małży i jednego gatunku ślimaka, co świadczy o tym, że w tym regionie występowały naprzemiennie okresy ograniczonych i otwartych warunków morskich.
Złoża morskie badane przez zespół składają się z co najmniej czterech nałożonych na siebie jednostek koralowych. Zespół znalazł dowody na okresy, w których tworzyły się rafy z obrzeżami (patrz Rysunek 3), oddzielone warstwami erozyjnymi, co sugeruje długie okresy, w których nie następowało nowe osadzanie i możliwe wystawienie na działanie powietrza. Rozległe depozyty ewaporatów przeplatające się między węglanami rafowymi dostarczają dalszych dowodów na to, że oceany okresowo wysychały w tym regionie.
Przyszłe badania
Poprzednie badania datowania na podstawie węgla-14 (δ14C) i stosunków izotopowych uranu i toru (230Th/234U) koralowców i małży z obszaru badań sugerowały, że skamieniałości te mają od 230 000 do 24 000 lat. Nowe wyniki oznaczania wieku radioizotopowego pomogą ograniczyć czas przemiany między ograniczonymi i otwartymi warunkami morskimi w wyższych rozdzielczościach i połączą ten zapis z relatywnymi zmianami poziomu morza.
W dodatku, depozyty maty mikrobiologicznej – małe stromatolity i trombolity – zostały znalezione nie tylko w środowiskach zboczy rafowych i w zagłębieniach raf koralowych, ale także na obrzeżach starożytnych i nowszych jezior hipersalinarnych. Gorące źródła węglanowe otaczające jeziora i osady basenów solankowych sugerują, że aktywność hydrotermalna wpływała na ten region podczas zamykania się depresji. Badanie tych dobrze naświetlonych osadów mikrobialnych pozwoli zespołowi lepiej zrozumieć, w jaki sposób procesy mikrobialne pośredniczyły w wytrącaniu węglanów zarówno w otwartym środowisku morskim, jak i hipersalinarnym.
Integracja danych terenowych z obserwacjami geofizycznymi zapewni zrozumienie w całym basenie, w jaki sposób fluktuacje środowiskowe wpłynęły na osadzanie się osadów i jak na te osady wpłynęły wydarzenia tektoniczne i magmowe.
Podziękowania
Dziękujemy Uniwersytetowi we Fryburgu, Uniwersytetowi w Gandawie i European Science Foundation’s Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) za wsparcie. Dziękujemy również Addis Ababa University’s School of Earth Sciences za ułatwienie przeprowadzenia badań terenowych.
.