Inhalt
- Teil I. Das ostafrikanische Rift System
- Was ist das Ostafrikanische Rift System?
- Wie haben sich diese Risse gebildet?
- Teil II. Der ostafrikanische Riss
- Weitere interessante Punkte:
- Schlussfolgerungen:
- Über die Autoren:
Bogoriasee und Geysir - Bildrechte Alex Guth.
Abbildung 1: Farbiges digitales Höhenmodell mit tektonischen Plattengrenzen, Konturen der Höhen, die die thermischen Ausbuchtungen und großen Seen Ostafrikas veranschaulichen. Klicken um zu vergrößern. Die Grundkarte ist ein Space Shuttle-Radartopografiebild der NASA.
Teil I. Das ostafrikanische Rift System
Das East African Rift System (EARS) ist eines der geologischen Wunder der Welt, ein Ort, an dem die tektonischen Kräfte der Erde derzeit versuchen, neue Platten zu erschaffen, indem sie alte aufteilen. In einfachen Worten kann man sich einen Riss als Bruch in der Erdoberfläche vorstellen, der sich im Laufe der Zeit erweitert, oder, technisch gesehen, als ein längliches Becken, das von entgegengesetzten, steil einfallenden normalen Verwerfungen begrenzt wird.
Geologen debattieren immer noch genau darüber, wie es zu einem Riss kommt, aber der Prozess ist in Ostafrika (Äthiopien-Kenia-Uganda-Tansania) so gut sichtbar, dass Geologen der neuen Platte einen Namen gegeben haben. Die Nubische Platte macht den größten Teil Afrikas aus, während die kleinere Platte, die weggezogen wird, als Somalische Platte bezeichnet wurde (Abbildung 1). Diese beiden Platten entfernen sich voneinander und auch von der arabischen Platte nach Norden.
Der Punkt, an dem diese drei Platten in der Region Afar in Äthiopien zusammentreffen, wird als Triple Junction bezeichnet. Alle Gräuel in Ostafrika beschränken sich jedoch nicht auf das Horn von Afrika. Weiter südlich gibt es viele Rifting-Aktivitäten, die bis nach Kenia, Tansania und in die Region der Großen Seen in Afrika reichen. Der Zweck dieses Papiers ist es, die allgemeine Geologie dieser Risse zu diskutieren und die geologischen Prozesse hervorzuheben, die an ihrer Entstehung beteiligt sind.
Figur 2: Rift-Segmentnamen für das ostafrikanische Rift-System. Kleinere Segmente erhalten manchmal ihre eigenen Namen, und die Namen der Hauptrisssegmente ändern sich je nach Quelle. Klicken um zu vergrößern. Die Grundkarte ist ein Space Shuttle-Radartopografiebild der NASA.
Was ist das Ostafrikanische Rift System?
Der älteste und am besten definierte Riss tritt in der Afar-Region von Äthiopien auf und dieser Riss wird üblicherweise als äthiopischer Riss bezeichnet. Weiter südlich treten eine Reihe von Rissen auf, darunter ein westlicher Zweig, der "Lake Albert Rift" oder "Albertine Rift", der die ostafrikanischen Großen Seen enthält, und ein östlicher Zweig, der Kenia in Nord-Süd-Richtung ungefähr halbiert etwas westlich von Nairobi (Abbildung 2).
Diese beiden Zweige wurden zusammen als East African Rift (EAR) bezeichnet, während Teile des Eastern Rift (nach dem Geologen, der ihn Anfang des 20. Jahrhunderts zum ersten Mal kartografierte) als Kenya Rift oder Gregory Rift bezeichnet wurden. Die beiden EAR-Zweige werden häufig mit dem äthiopischen Riss zusammengefasst, um das Ostafrikanische Rift-System (EARS) zu bilden.
Das gesamte Rift-System erstreckt sich daher allein in Afrika über 1000 Kilometer, und einige weitere 1000 Kilometer, wenn wir das Rote Meer und den Golf von Aden als Erweiterungen einbeziehen. Darüber hinaus gibt es mehrere gut definierte, aber definitiv kleinere Strukturen, sogenannte Grabens, die einen rissartigen Charakter haben und geologisch eindeutig mit den großen Rissen verbunden sind. Einige von ihnen wurden mit Namen versehen, die dies widerspiegeln, wie zum Beispiel der Nyanza-Riss im Westen Kenias in der Nähe des Viktoriasees. Was die Menschen irgendwo in Ostafrika für einen einzelnen Riss halten könnten, ist eine Reihe von unterschiedlichen Rissbecken, die alle miteinander verwandt sind und die charakteristische Geologie und Topographie Ostafrikas hervorbringen.
Figur 3: "Lehrbuch" Horst- und Grabenbildung (links) im Vergleich zu aktuellem Rift-Terrain (oben rechts) und Topographie (unten rechts). Beachten Sie, dass die Breite der trapezförmigen Bereiche, die normalen Verwerfungen und Horst- und Grabenbildungen ausgesetzt sind, im linken Bereich von oben nach unten zunimmt. Risse gelten als Extensionsmerkmale (Kontinentalplatten ziehen auseinander) und weisen so häufig diese Art von Struktur auf.
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Wie haben sich diese Risse gebildet?
Der genaue Mechanismus der Rissbildung ist eine anhaltende Debatte zwischen Geologen und Geophysikern. Ein populäres Modell für die EARS geht davon aus, dass ein erhöhter Wärmestrom vom Mantel (ausschließlich der Asthenosphäre) zu zwei thermischen "Ausbuchtungen" in Zentral-Kenia und der Afar-Region in Nord-Zentral-Äthiopien führt. Diese Ausbuchtungen sind auf jeder topografischen Karte des Gebiets leicht als erhöhtes Hochland zu erkennen (Abbildung 1).
Während sich diese Ausbuchtungen bilden, dehnen sie die äußere spröde Kruste und zerbrechen sie in eine Reihe normaler Fehler, die die klassische Horst- und Grabenstruktur von Rift-Tälern bilden (Abbildung 3). Die meisten aktuellen geologischen Überlegungen gehen davon aus, dass Ausbuchtungen durch Mantelfedern unter dem Kontinent ausgelöst werden, die die darüber liegende Kruste erhitzen und dazu führen, dass sie sich ausdehnen und brechen.
Idealerweise treten die erzeugten dominanten Brüche in einem Muster auf, das aus drei Brüchen oder Bruchzonen besteht, die von einem Punkt mit einem Winkelabstand von 120 Grad ausgehen. Der Punkt, von dem die drei Zweige ausgehen, wird als "Triple Junction" bezeichnet und ist in der Region Afar in Äthiopien gut dargestellt (Abbildung 4), in der zwei Zweige vom Roten Meer und dem Golf von Aden besetzt sind und der dritte Rissast verläuft nach Süden durch Äthiopien.
Dem Dehnungsprozess, der mit der Bildung von Rissen einhergeht, gehen oft riesige Vulkanausbrüche voraus, die über große Gebiete fließen und üblicherweise an den Rissflanken erhalten / freigelegt werden. Diese Eruptionen werden von einigen Geologen als "Hochwasserbasalte" betrachtet - die Lava bricht entlang von Brüchen aus (und nicht an einzelnen Vulkanen) und fließt während einer Überschwemmung wie Wasser über das Land.
Solche Eruptionen können massive Landflächen bedecken und enorme Dicken entwickeln (die Deccan-Fallen von Indien und die Sibirischen Fallen sind Beispiele). Wenn die Dehnung der Kruste anhält, bildet sie eine "gedehnte Zone" aus verdünnter Kruste, die aus einer Mischung von Basalt- und Kontinentalgesteinen besteht und schließlich unter den Meeresspiegel fällt, wie es im Roten Meer und im Golf von Aden geschehen ist. Weiteres Strecken führt zur Bildung einer ozeanischen Kruste und zur Geburt eines neuen Ozeanbeckens.
Figur 4: Triple Junction in der Region Afar in Äthiopien. Das Bild zeigt Bereiche mit gestreckter und ozeanischer Kruste sowie Bereiche mit freiliegenden Hochwasserbasalten, die der Rissbildung vorausgingen. Gebiete, die nicht schattiert oder von Flutbasalten bedeckt sind, repräsentieren eine normale Kontinentalkruste. Wenn die Kruste auseinander gezogen wird, entsteht eine verdünnte Kruste mit einer komplexen Mischung aus Kontinental- und Vulkangestein. Schließlich wird die Kruste bis zu dem Punkt dünner, an dem ozeanische Basalte ausbrechen, was das Signal dafür ist, dass sich eine neue Ozeankruste bildet. Dies ist im Golf von Aden sowie in einem kleinen Streifen im Roten Meer zu sehen. Das ursprüngliche Ausmaß der Hochwasserbasalte wäre größer gewesen, aber große Gebiete wurden durch andere Vulkanausbrüche und Sedimente im Rift Valley begraben. Klicken um zu vergrößern.
Teil II. Der ostafrikanische Riss
Wenn der beschriebene Rifting-Prozess in einem kontinentalen Umfeld stattfindet, haben wir eine ähnliche Situation wie jetzt in Kenia, wo sich der ostafrikanische / Gregory-Rift bildet. In diesem Fall wird es (aus offensichtlichen Gründen) als "Kontinentalriss" bezeichnet und gibt einen Einblick in die möglicherweise frühe Entwicklung des äthiopischen Risses.
Wie in Teil I erwähnt, wird die Spaltung Ostafrikas durch die Tatsache erschwert, dass sich zwei Zweige entwickelt haben, einer im Westen, in dem sich die afrikanischen Großen Seen befinden (wo sich der Riss mit Wasser füllt), und ein weiterer nahezu paralleler Riss etwa 600 Kilometer von der Osten, der Kenia fast von Nord nach Süd halbiert, bevor er nach Tansania einreist, wo er auszusterben scheint (Abbildung 2).
Der Viktoriasee liegt zwischen diesen beiden Zweigen. Es wird vermutet, dass diese Risse im Allgemeinen auf alte Nähte zwischen antiken kontinentalen Massen zurückzuführen sind, die vor Milliarden von Jahren zur Bildung des afrikanischen Kratons kollidierten, und dass die Spaltung um die Viktoriaseeregion auf das Vorhandensein eines kleinen Kerns aus antikem metamorphem Gestein zurückzuführen ist, dem Tansania-Kraton, das war zu schwer für den Riss zu durchbrechen. Da der Riss nicht direkt durch dieses Gebiet führen konnte, lief er um dieses herum auseinander und führte zu den beiden Zweigen, die heute zu sehen sind.
Wie in Äthiopien scheint sich ein Hot Spot unter Zentral-Kenia zu befinden, wie die erhöhte topografische Kuppel dort zeigt (Abbildung 1). Dies ist fast genau analog zum Riss Äthiopiens, und tatsächlich haben einige Geologen vorgeschlagen, dass der Kenia-Dome derselbe Hotspot oder die gleiche Wolke ist, der bzw. die die anfängliche Rissbildung in Äthiopien verursacht hat. Was auch immer die Ursache sein mag, es ist klar, dass wir zwei Risse haben, die so weit voneinander entfernt sind, dass sie unterschiedliche Namen haben, aber nahe genug sind, dass sie genetisch verwandt sind.
Baringo-Schrammen: Dieses Bild zeigt mehrere Fehlerstellen, die immer weiter entfernt sind. Im Wesentlichen betrachten wir die Ränder mehrerer Horstblöcke in einem Graben, in dem sich der Baringo-See befindet. Bildcopyright Alex Guth. Klicken um zu vergrößern.
Weitere interessante Punkte:
Was können wir noch über die Kluft zwischen Äthiopien und Kenia sagen? Eigentlich ziemlich viel; Obwohl der östliche und der westliche Zweig nach denselben Verfahren entwickelt wurden, haben sie einen sehr unterschiedlichen Charakter. Der östliche Zweig ist durch eine größere vulkanische Aktivität gekennzeichnet, während der westliche Zweig durch viel tiefere Becken gekennzeichnet ist, die große Seen und viel Sediment enthalten (einschließlich des Tanganjikasees, des zweittiefsten Sees der Welt, und des Malawisees).
Kürzlich wurden im äthiopischen Riss Basalteruptionen und aktive Spaltbildung beobachtet, die es uns ermöglichen, die anfängliche Bildung von Ozeanbecken an Land direkt zu beobachten. Dies ist einer der Gründe, warum das ostafrikanische Rift System für Wissenschaftler so interessant ist. Die meisten Risse in anderen Teilen der Welt sind inzwischen so weit fortgeschritten, dass sie entweder unter Wasser oder mit Sedimenten gefüllt sind und sich daher nur schwer direkt untersuchen lassen. Das ostafrikanische Rift-System ist jedoch ein ausgezeichnetes Feldlabor, um ein modernes, sich aktiv entwickelndes Rift-System zu untersuchen.
Diese Region ist auch wichtig, um die Wurzeln der menschlichen Evolution zu verstehen. Viele Fossilienfunde von Hominiden kommen in der Kluft vor, und es wird gegenwärtig angenommen, dass die Entwicklung der Kluft eine wesentliche Rolle bei der Gestaltung unserer Entwicklung gespielt hat. Die Struktur und die Entwicklung des Risses haben Ostafrika möglicherweise empfindlicher für Klimaveränderungen gemacht, die zu vielen Wechseln zwischen feuchten und trockenen Perioden führten. Dieser Umwelteinfluss könnte der Antrieb für unsere Vorfahren gewesen sein, zweibeinig und klüger zu werden, als sie versuchten, sich an diese Klimaveränderungen anzupassen (siehe Geotimes 2008-Artikel: Rocking the Cradle of Humanity von Beth Christensen und Mark Maslin sowie Tectonic Hypothes of Human) Evolution von M.Royhan Gani und Nahid DS Gani).
Branddeich in der Njorowa-Schlucht: Dies wurde in der Njorowa-Schlucht im Hells Gate National Park aufgenommen. Die Schlucht wurde von Wasser geschnitzt und ist in vielerlei Hinsicht spektakulär, aber hier schneidet ein magmatischer Deich durch die Wand des Canyons, mit Dr. Wood und einem unserer Skalenführer. Bildcopyright Alex Guth. Klicken um zu vergrößern.
Schlussfolgerungen:
Das ostafrikanische Rift-System ist ein kompliziertes System von Rift-Segmenten, die ein modernes Analogon darstellen, um zu verstehen, wie Kontinente auseinander brechen. Es ist auch ein großartiges Beispiel dafür, wie viele natürliche Systeme miteinander verflochten sein können - diese einzigartige geologische Lage hat möglicherweise das lokale Klima verändert, was wiederum dazu geführt hat, dass unsere Vorfahren die Fähigkeiten entwickelt haben, um aufrecht zu gehen, Kultur zu entwickeln und darüber nachzudenken, wie eine solche Kluft entsteht kam zu sein. Genau wie der Grand Canyon sollte das ostafrikanische Rift System auf der Liste der Geologen mit den zu besuchenden geologischen Wundern ganz oben stehen.
Über die Autoren:
James Wood hat an der Johns Hopkins University promoviert und ist derzeit Professor für Geologie an der Michigan Technological University in Houghton, Michigan, wo er Erdgeschichte, Geochemie und Fernkartierung unterrichtet und jeden Frühling in Ostafrika einen Feldkurs durchführt. Seine Forschungsschwerpunkte sind Energievorkommen, hauptsächlich Gas und Öl, sowie Feldarbeiten in Rift Valleys. Weitere Informationen zum Feldkurs in Ostafrika finden Sie unter www.geo-kenya.com.
Alex Guth ist derzeit Doktorand an der Michigan Tech und untersucht die Auswirkungen des Klimas auf Wüstenlack auf die freiliegenden Flüsse und das Alluvium im ostafrikanischen Rift Valley. Sie unterstützt Dr. Wood beim Feldlager für Geologie. Sie hat kürzlich eine geologische Karte der südlichen Hälfte des Kenya Rift erstellt, die unter www.geo-kenya.com zu finden ist. Ihre Website kann unter folgender Adresse eingesehen werden: pages.mtu.edu/~alguth/.