Afar-triangeln i norra Etiopien är en av de hårdaste och mest avlägsna miljöerna på jorden. Detta tektoniskt aktiva område innehåller ett register över kontinenter som har brutits isär, episoder av hav som har översvämmat kontinenten och resterna av korallrev, mikrobiella mattor och andra saltvattenavlagringar när haven periodvis torkade ut till saltvattenbassänger och torra landområden.
Förra undersökningar har avslöjat bevis för att denna region kan vara det yngsta havet på jorden. Att förstå de sedimentära uppgifterna i denna region kan ge ledtrådar till framtida översvämningar och karbonatbildning i extrema miljöer.
I oktober 2013 gick forskare från Addis Ababa University (Etiopien), University of Fribourg (Schweiz) och Ghent University (Belgien) samman för att lära sig mer om Danakil-depressionens historia i den norra delen av Afar-triangeln. Speciellt undersökte teamet sediment, inklusive gamla terrasser av fransande korallrev och fossiliserade mikrobiella mattor som täcktes av saltvattenavlagringar (evaporiter) som bildades av avdunstande hav och sjöar. Sedan dess har teamet arbetat med att undersöka och förstå denna sekvens av sedimentära bergarter och de tidigare miljöer som bildade dem.
Såvitt teamet vet är detta den första återbesöket av norra afarens karbonatavlagringar på nästan ett halvt sekel. Som ett resultat av denna expedition bildades Afar Carbonate Research Consortium som en plattform för fortsatt forskning om sedimenten i regionen. En viktig uppföljande fältexpedition inleddes i slutet av januari 2015.
Afar: Ett geologiskt laboratorium
Danakildepressionen gränsar i väster till den etiopiska högplatån och i öster till Danakil Horst, ett upphöjt landblock som avgränsas av normalförkastningar. I depressionens södra del ligger den berömda Erta Ale-kedjan, som innehåller en av världens enda lavasjöar.
Den avlägsna Dallolbäckenet ligger i depressionen – en av de lägsta landhöjningarna på jorden, 130 meter under havsytan (se figur 1). Bassängen har också temperaturer året runt som är bland de varmaste på planeten. Dallol, som är resterna av en vulkanisk caldera, är översållad med varma källor som bubblar av saltvatten, liksom gejsrar, svavelhögar, saltpelare och sura bassänger.
Under 1960- och 1970-talen kartlade kaliumgruvdrift och samordnade studier av Frankrikes Centre National de la Recherche Scientifique och Italiens Consiglio Nazionale delle Ricerche preliminärt de sedimentära egenskaperna i Danakil-depressionen. Sedan dess har den geovetenskapliga forskningen till stor del varit inriktad på tektonik, vulkanologi och geofysik snarare än på analytiska studier av bäckenet som integrerar tektonik och sedimentation.
Detta fokus på jordbävningar och vulkaner är inte förvånande: Afar är en av de enda platserna på jorden där rifting på botten av ett tidigt hav kryper upp på land. Ända sedan teorin om kontinentaldrift började tillämpas har geologer använt Afar-triangeln som ett fältlaboratorium där man i detalj kan studera hur kontinental och potentiellt oceanisk rifting börjar. För cirka 30 miljoner år sedan rann lava ut ur sprickor i jorden, täckte landet och varslade om splittring mellan Arabien och Afrika . Efter en inledande uppbrottsfas bildade fortsatt rifting i triangeln flera bassänger som senare stängdes och fylldes med sediment.
Felskikt, vulkaner och magmadiken i den norra delen av triangeln löper parallellt med den regionala tektoniska trenden i Röda havet . De innehåller också ett register av magnetiska anomalier som liknar dem som observerats längs oceaniska spridningsryggar . Geovetare förutspår att regionen är på väg att bli det yngsta havet på jorden.
Register över tidiga och episodiska marina översvämningar
Analysen av de sedimentprover som samlades in under fältstudien 2013 tyder på att Dallolområdet täcktes av Röda havet någon gång under de senaste hundratusen åren. När havsvatten upprepade gånger översvämmade regionen avlagrades olika karbonatrika enheter längs kanterna av Danakil-depressionen och täckte vulkaniska bergarter nedanför. I mitten av bassängen finns 1000 meter tjocka successiva evaporitsekvenser, som vittnar om den ständiga avdunstningen och uttorkningen av saltvattensbassänger.
Specifikt studerade laget inväxningar av koraller och alger, så kallade korallrev, som är kvarlevor från de perioder då regionen var täckt av det öppna Röda havet. Andra lager som är rika på evaporiter, mikrobiella revavlagringar och karbonater från varma källor visar att samma region täcktes av hypersala sjöar (saltvattenbassänger) under olika tidsperioder (se figur 2). Mellan korallreven och de mikrobiella reven hittades skalavlagringar av endast en art av tvåskaliga djur och en art av snäckor, vilket tyder på att denna region växlade mellan perioder med begränsade och öppna marina förhållanden.
De marina avlagringar som studerades av teamet består av minst fyra överlagrade korall-enheter. Teamet hittade bevis för perioder då fransande rev bildades (se figur 3), åtskilda av eroderade lager, vilket tyder på långa episoder då inga nya avlagringar skedde och eventuell exponering för luft. Omfattande avdunstningsavlagringar som är insprängda mellan karbonatrev ger ytterligare bevis för att haven periodvis torkade ut i denna region.
Framtida studier
Förra dateringsstudier baserade på kol-14 (δ14C) och isotopförhållanden för uran och torium (230Th/234U) av koraller och musslor från undersökningsområdet föreslog att dessa fossiler är mellan 230 000 och 24 000 år gamla . Nya radioisotopiska åldersbestämningsresultat kommer att bidra till att begränsa tidpunkten för växlingen mellan begränsade och öppna marina förhållanden vid högre upplösningar och kommer att koppla detta register till relativa havsnivåförändringar.
Det har dessutom påträffats mikrobiella mattavlagringar – små stromatoliter och tromboliter – inte bara i revbacke-miljöer och i håligheter i korallrev utan även vid marginalerna av gamla och nyare hypersalina sjöar. Karbonater från varma källor som omgärdar sjöar och saltvattenbassänger tyder på att hydrotermisk aktivitet påverkade regionen när depressionen stängdes. Genom att studera dessa väl exponerade mikrobiella avlagringar kan teamet bättre förstå hur mikrobiella processer förmedlade karbonatutfällning i både öppna marina och hypersalina miljöer.
Integration av fältdata med geofysiska observationer kommer att ge en bassängomfattande förståelse för hur miljörelaterade fluktuationer påverkade avlagringen av sediment och hur dessa sediment påverkades av tektoniska och magmatiska händelser.
Acknowledgments
Vi tackar universitetet i Fribourg, Ghent University och Europeiska vetenskapsstiftelsens Coldwater Carbonate Reservoir Systems in Deep Environments-European Research Network (COCARDE-ERN) för deras stöd. Vi tackar också Addis Ababa Universitys School of Earth Sciences för att ha underlättat fältarbetet.