Karoo Supergroup - Karoo Supergroup

Den Karoo supergruppe er den mest utbredte stratigrafisk enhet i Afrika sør for Kalahariørkenen . Den supergruppe består av en sekvens av enheter, for det meste av nonmarine opprinnelse, avsatt mellom sen karbon og tidlig jura , en periode på omkring 120 millioner år.

I Sør-Afrika dekker bergarter av Karoo Supergroup nesten to tredjedeler av den nåværende landoverflaten, inkludert hele Lesotho , nesten hele Free State , og store deler av Eastern Cape , Northern Cape , Mpumalanga og KwaZulu-Natal provinser i Sør Afrika . Karoo supergroup outcrops finnes også i Namibia , Swaziland , Zambia , Zimbabwe og Malawi , så vel som på andre kontinenter som var en del av Gondwana . Bassengene det ble avsatt i, dannet seg under dannelsen og oppløsningen av Pangea . Den type område i Karoo supergruppe er Great Karoo i Sør-Afrika , der de mest omfattende knauser av sekvensen er utsatt. Dens lag, som for det meste består av skifer og sandsteiner , registrerer en nesten kontinuerlig sekvens av marine isbaserte til terrestriske avsetninger fra sent karbon til tidlig jura . Disse akkumulert i en retroarc neset bassenget kalt "hoved Karoo " Basin. Dette bassenget ble dannet av subduksjon og orogenese langs den sørlige grensen til det som til slutt ble Sør-Afrika, sør i Gondwana . Sedimentene oppnår en maksimal kumulativ tykkelse på 12 km, med de overliggende basaltiske lavaene (Drakensberg-gruppen) minst 1,4 km tykke.

Fossiler inkluderer planter (både makrofossiler og pollen ), sjeldne insekter og fisk , vanlige og mangfoldige tetrapoder (for det meste terapsid krypdyr, temnospondyl amfibier og i de øvre lagene dinosaurer ) og ichnofossils . Deres biostratigrafi har blitt brukt som den internasjonale standarden for global korrelasjon av perm til jura ikke- marine lag.

En tidslinje over jordens geologiske historie, med vekt på hendelser i Sør-Afrika. Den grønne blokken merket K indikerer når Karoo Supergroup ble deponert, i forhold til Cape supergroup , C , rett før den. The W indikerer når Witwatersrand supergruppe ble lagt ned, veldig mye lenger i det siste. Grafen indikerer også perioden da bandede jernsteinformasjoner ble dannet på jorden, noe som indikerer en oksygenfri atmosfære . Jordskorpen ble helt eller delvis smeltet under Hadean Eon; de eldste bergartene på jorden er derfor under 4000 millioner år gamle. En av de første mikrokontinentene som ble dannet var Kaapvaal Craton , som danner grunnlaget for den nordøstlige delen av landet. Montering og oppbrudd av Gondwana er, i forhold til jordens og Sør-Afrikas geologiske historie, relativt nylige hendelser.

Geologisk opprinnelse

Sørlige Gondwana under de kambrium - ordoviciske perioder. Dagens kontinenter som dette superkontinentet til slutt brøt sammen med, er angitt i brunt. En rift utviklet seg for rundt 510 millioner år siden, og skiller Sør-Afrika fra Falkland-platået. Oversvømmelse av riftet dannet Agulhashavet. Sedimentene som akkumuleres i dette grunne havet konsoliderte seg til Cape Supergroup of rocks, som danner Cape Fold Belt i dag. Denne delen av Gondwana lå sannsynligvis på motsatt side av Sydpolen fra Afrikas nåværende posisjon, men kompasslager blir likevel gitt som om Afrika var i sin nåværende posisjon.

Et skjematisk geologisk kart over utkanten av Karoo Supergroup-bergarter i Sør-Afrika. Plasseringen og den omtrentlige strukturen til Cape Fold-fjellene er også skjematisk angitt for referanseformål

Et omtrentlig SW-NE geologisk tverrsnitt gjennom Sør-Afrika, med Cape-halvøya (med Table Mountain ) til venstre, og nord-østlige KwaZulu-Natal til høyre. Diagrammatisk og ikke i målestokk. Fargekoden til Karoo Supergroup er den samme som i illustrasjonen ovenfor.

Opprinnelsen til sedimentavsetning

For omtrent 510 millioner år siden utviklet det seg en riftdal over Sør- Gondwana , rett sør for Sør-Afrika, men som strekker seg vestover til Sør-Amerika , og østover til Øst- Antarktis og muligens til og med Australia . Et 8 km tykt lag med sediment, kjent som Cape Supergroup , samlet seg på gulvet i denne riftdalen. Nedleggelsen av riftdalen, som startet for 330 millioner år siden, var resultatet av utviklingen av en subduksjonssone langs den sørlige kanten av Gondwana, og den påfølgende driften av Falklandsplatået tilbake mot Afrika, i karbonperioden og tidlig permperiode . Etter stenging av riftdalen og komprimering av Cape Supergroup til en serie parallelle bretter, som hovedsakelig løp øst-vest, fortsatte subduksjonen av paleo-Stillehavsplaten under Falklandsplatået og den resulterende kollisjonen av sistnevnte med Sør-Afrika, hevet et fjellkjede med enorme proporsjoner sør for den tidligere riftdalen. Den brettede Cape Supergroup dannet den nordlige foten av denne fjellkjeden.

Vekten av Falkland-Cape Supergroup-fjellene førte til at den kontinentale skorpen i Sør-Afrika sank og dannet et retroarc foreland- system, som ble oversvømmet for å danne Karoohavet . Sedimentering, som begynte med breforekomster fra nord, men senere fra Falklandsfjellene i sør, inn i denne depresjonen, dannet Karoo Supergroup .

Dwyka-gruppen

Et nord-sør tverrsnitt gjennom Agulhashavet (se ovenfor). De brune strukturene er kontinentale plater, det tykke, svarte laget til venstre er en paleo-Stillehavs-oceanisk plate, rød indikerer den øvre kappen og blå indikerer oversvømmede områder eller hav. Den øverste illustrasjonen viser geologien for rundt 510 millioner år siden, med sedimentene som til slutt ville danne Cape Supergroup som bosatte seg i Agulhashavet. Den midterste illustrasjonen viser Falklandsplatået som igjen driver nordover for å lukke Agulhashavet, noe som får Cape Supergroup til å bli rukket inn i en serie bretter, som hovedsakelig løper øst-vest. Den laveste illustrasjonen viser hvordan subduksjon av den paleo-stillehavsplaten under Falklandsplatået, i den tidlige permperioden, reiste et enormt utvalg av fjell. Disse eroderte til slutt i Karoohavet og danner spesielt Beaufort-gruppen til Karoo Supergroup.

For rundt 330 millioner år siden hadde Gondwana drevet over Sydpolen , med det resultat at en isdekke flere kilometer tykk dekket store deler av Afrika og andre deler av Gondwana. Isforekomster fra dette innlandsisen var den første av sedimentene som ble avsatt nord for Cape Fold-fjellene (og delvis over disse begynnende fjellene). Kummen som disse sedimentene bosatte seg i, var dypest rett nord for Cape Fold- fjellkjedene. Isen fløt derfor på en innsjø, kalt Karoo innlandshav , hvor isfjell som hadde kalvet av isbreene og isdekket i nord, avsatte store mengder gjørme og bergarter av forskjellige størrelser og opprinnelse. Slike forekomster er kjent som tillitt . Lenger nord ble isdekket jordet og etterlot diamikittavleiringer når det delvis smeltet, men i tillegg gjennomsyret berggrunnen og etterlot striasjoner (skrapemerker) som kan sees i nærheten av Barkly West i Nordkapp og på eiendommen. ved universitetet i KwaZulu-Natal . Dette laget av tillitt, hvis spor kan bli funnet over et bredt område i Sør-Afrika, India og Sør-Amerika, ga viktige tidlige bevis til støtte for Theory of Continental Drift . I Sør-Afrika er laget kjent som Dwyka Group . Det er den tidligste og nederste av Karoo Supergroup av sedimentære forekomster.

Ecca-gruppen

Da Gondwana drev bort fra Sydpolen, smeltet isbreene og etterlot et enormt innlandshav som strekker seg over Sør-Afrika og nærliggende regioner i Gondwana. Det kan ha hatt en åpning mot havet (ligner på Svartehavet ), men tidevannseffektene var små. Elver som drenerte fjell nord for Karoohavet, dannet store sumpete deltaer der planter som tilhørte Glossopteris- floraen blomstret. Denne tette vegetasjonen akkumulerte seg som torv, som til slutt ble til kull. De kullforekomster er begrenset til de nordlige bredden av den tidlige Permian Karoo Sjøen, og blir utvunnet i dag i Highveld og KwaZulu-Natal.

Disse sedimentære avsetningene kalles Ecca-gruppen i Karoo Supergroup. De består i stor grad av skifer og sandsteiner , og strekker seg over hele det tidligere Karoohavet, men de sørlige avsetningene inneholder ikke kull, selv om elver fra Cape Fold-fjellene dannet små deltaer. Selv om vegetasjonen i sør ikke var så tett som ved den nordlige bredden av innlandshavet, finnes det flere tidlige reptiler som Mesosaurus i disse Ecca-avsetningene. Dette er et fossilt reptil som bare finnes i Sør-Afrika og Brasil og gir viktig paleontologisk bevis på eksistensen av Gondwana-superkontinentet.

De nordlige breddene inneholder hovedsakelig fossile planter, pollen og sporer. Fossiler av en blæksprutte og noen echinoider finnes også i nord.

Turbiditter avsettes på dypt vann i bunnen av kantene på kontinentalsokkel eller lignende strukturer i dype innsjøer, som det sørvestlige Karoohavet for rundt 300 millioner år siden. De er et resultat av snøskred av vann og gjørme som faller nedover den bratte skråningen av hyllekanten. Når skredet legger seg i det dype vannet, legger sanden og annet grovt materiale seg først, deretter gjørmen og til slutt de fineste partiklene. Organisk materiale som kom ned med skredet havner i turbiditten i et anoksisk (oksygenfritt) miljø der det omdannes til petroleum (olje og gass).

Et Ecca-fjell i Tanqua Karoo , med flere turbidittvifter, noe som indikerer at den sørvestlige delen av Karoohavet var veldig dyp, med bratte bakker som fører opp til strandlinjen. Snøskredene under vann ble sannsynligvis utløst av hyppige jordskjelv da Cape Fold-fjellene ble dannet mot sør. Ecca Turbidite-avsetningene bør ikke forveksles med dolerittkarmene som finnes lenger inn i landet (illustrert og beskrevet nederst til høyre i artikkelen). Turbidittene kan gjenkjennes på nært hold av det faktum at den nederste delen av hvert lag har en tendens til å bestå av sandstein som gradvis graderer til fin siltstein på toppen av laget.

I løpet av Ecca-perioden kolliderte Falklands-platået og smeltet sammen med Sør-Afrika, og dannet et stort utvalg av fjell sør for Cape Fold Belt. Denne nye fjellkjeden var sammenlignbar i størrelse med Himalaya . De nordlige bakkene av disse fjellene dyppet generelt bratt ned i Karoohavet, som var på det dypeste på dette punktet. Jordskjelv som fulgte dannelsen av Cape fjellene derfor igangsatt hyppig undervanns leire-og rock-sklier, forming vifteformet ansamlinger av turbiditt , som kan sees i det sørvestlige hjørnet av Karoo i dag (se bilde lenger ned på høyre ). Turbiditter har i noen tid blitt anerkjent som petroleumsproduserende bergarter, fordi snøskredene under vann som forårsaker disse avsetningene, ofte fører organisk materiale fra nær kysten, spesielt nær elvemunninger og deltaer, inn i det anoksiske dypet av tilstøtende kummer. Her er den begravet i turbiditten og blir til hydrokarboner , spesielt petroleum og gass. Turbidittene i Ecca-formasjonen i Tanqua og Laingsburg Karoo-regionene har således nylig blitt undersøkt av petroleumsindustrien og geologer, som har funnet dem å ha rike og lett tilgjengelige forekomster av olje og gass. Dermed er det nordøstlige Ecca-bassenget rikt på kull, mens det sørvestlige hjørnet blir kjent for sine oljereserver.

Beaufort Group

Moschops var en therapsid fra Midt-Perm i Sør-Afrika.

Lystrosaurus var den vanligste synapsiden kort tid etter utryddelseshendelsen Perm-Trias .

Med dannelsen av Falkland Plateau og Cape Fold fjellkjeder begynte elver fra sør å dominere sedimenteringen i Karoohavet, som begynte å silt opp. (Høylandet nord for Karoohavet hadde på dette tidspunktet blitt utjevnet av erosjon og begynt å bli begravet under nyere sedimenter.) Flere Mississippi-lignende elver rant over det siltede Karoo-bassenget fra sør og skaper rike nye habitater. for en rekke flora og fauna. De terrestriske (i motsetning til lacunar eller marine) forekomster skapt av disse elvene ga opphav til Beaufort-gruppen . Den er sammensatt av en monoton sekvens av skifer og gjørmestein , med noen sammenlagte linseformede sandsteiner . Beaufort-gruppen er rik på reptiler, og i mindre grad amfibierester. Det er en mengde både planteetende og kjøttetende reptilfossiler. Beaufort-bergarter er internasjonalt kjent for sin rike oversikt over therapsid- synapsider (pattedyrlignende reptiler), som markerer et mellomledd i utviklingen av pattedyrene fra reptiler. De mest utbredte herbivorene var anomodontene , hvis mest primitive former også er kjent fra Beaufort-bergarter. De dinocephalians (forferdelig hode) er så kalt på grunn av sine ekstraordinære tykk boned hodeskaller, som trolig ble brukt til hodet butting under territoriale kamper. Med kroppslengden på 3 meter var de de første store dyrene som bodde på land.

I løpet av leggingen av de 6 km tykke Beaufort-avsetningene , slukket den massive endepermiske masseutryddelsen for 251 millioner år siden omtrent 96% av alle arter som var i live på den tiden. Den globale begivenheten kan tydelig sees i Beaufort-klippene. Noen få medlemmer av slekten Lystrosaurus var de eneste pattedyrlignende reptilene som overlevde denne hendelsen. Beaufort-sedimentene som ble lagt ned etter denne hendelsen, har en tendens til å være grovere enn de som gikk foran dem, sannsynligvis på grunn av en massiv avstengning av vegetasjon, som hadde beskyttet overflaten mot erosjon. Disse tidlige triassiske sandsteindominerte sjiktene er kjent som Katberg-formasjonen (innenfor Beaufort-gruppen), som akkumuleres til en tykkelse på 1 km. Med tiden ble Beaufort-avsetningene mer finkornet igjen, noe som sannsynligvis indikerer en gjenoppretting av vegetasjonen i Karoo, og med det utseendet til et bredt spekter av nye arter, inkludert dinosaurene , og ekte pattedyr i slutten av Trias - tidlig Jurassic.

Stormberg-gruppen

Da Gondwana drev nordover, ble forholdene i den delen som skulle bli Sør-Afrika stadig varmere og tørre. Sandsteiner var de dominerende bergartene som dannet seg. I noen områder var det imidlertid tilstrekkelig vann til å danne sumper med påfølgende kulldannelse, men kvaliteten er dårlig. Landskapet lignet sannsynligvis Kalahari-ørkenen i dag, med elver som dagens Orange River eller Nilen som løper gjennom den, og opprettholder lokaliserte områder av trias flora og fauna. The Stormberg Gruppen inneholder Sør-Afrikas eldste dinosaur fossiler. Den inneholder også de fossile restene av Megazostrodon , den eldste pattedyret i Afrika. Et bemerkelsesverdig utvalg av insekt- og plantefossiler finnes i noen av lagene.

Brandwag Rock (eller Sentinel) i Golden Gate Highlands National Park består av sandstein som tilhører Clarens Formation . Den gulaktige fargen på berget er typisk for Clarens-klippene.

San- steinmaleri av et eland i en Clarens formasjonshule i UKhahlamba Drakensberg Park i KwaZulu-Natal nær Lesotho-grensen.

De øverste lagene i Stormberg-gruppen ble sannsynligvis lagt under ekte sandørkenforhold, i likhet med Namib-ørkenen i Namibia. Den var sannsynligvis like stor som Sahara-ørkenen i dag, og strekker seg fra Cape Fold-fjellene mange tusen kilometer nordover over store deler av Gondwana. Bare en liten rest av denne massive formasjonen kan bli funnet i og rundt Lesotho i dag. Denne formasjonen var tidligere kjent som "Cave Sandstone" som vinderoderte grunne huler som ofte ble utviklet i klipper som består av disse steinene. Disse hulene ble senere brukt av San-folket som ofte dekorerte veggene med sine malerier . I dag kalles Cave Sandstones Clarens Formation .

De eldste dinosaur embryoer noensinne oppdaget ble funnet i Clarens formasjonen i 1978. eggene var fra trias periode (220 til 195 millioner år siden) og hadde forsteinede foster skjeletter av massospondylus , en prosauropod dinosaur. Flere eksempler på disse eggene har siden blitt funnet i Golden Gate Highlands National Park , som ligger på Clarens Formation-bergarter. Andre fossiler som finnes i parken inkluderer de av avansert cynodontia ( hundedannede dyr), små thecodontia (dyr med tenner satt fast i kjeven), fuglelignende og krokodillignende dinosaurer.

Drakensberg og Lebombo grupper

For omtrent 182 millioner år siden gikk den sør-afrikanske delen av Gondwana over Bouvet-hotspotet og forårsaket skorpen under Karoo Supergroup å sprekke, og frigjorde store volumer basaltisk lava over Clarens-ørkenen, som dekker nesten hele Sør-Afrika og andre deler av Gondwana. Haugen av lava som akkumulerte seg i løpet av flere utbrudd var mer enn 1600 m tykk, spesielt i øst (i dagens Lesotho). Denne enorme lavautgytelsen brakte Karoo-sedimenteringen til en brå slutt.

Navnet Drakensberg-gruppen er avledet fra det faktum at dette lag danner det øverste 1400 m av den store forkastning på den internasjonale grensen mellom Lesotho og KwaZulu-Natal, ofte referert til som den Drakensberg (selv om det er teknisk den "Drakensberg" refererer til hele 1000 km lang østlig del av Great Escarpment, bare om lag en tredjedel av dem er avgrenset av Drakensberg-lavaene.

Panorama over Drakensberg i Giant's Castle- regionen, på KwaZulu-Natal / Lesotho-grensen. Det øverste laget av denne delen av Great Escarpment er dannet av de 1400 m tykke Drakensberg Lavas, som hviler på Clarens Formation-bergarter.

Magmaen kom opp gjennom lange sprekklignende sprekker, med sporadiske sprutkegler, men typiske vulkaner var sjeldne. Hver overflatelavastrøm var mellom 10 og 20 meter tykk. Disse strømningene samlet seg raskt over 2 millioner år for å danne et enkelt kontinuerlig 1 til 1,6 km tykt lavalag. Imidlertid nådde ikke all magma overflaten, men ekstrudert under høyt trykk mellom de horisontale lagene i Ecca og Beaufort-bergarter. Når dette magma størknet det dannet flere dolerittiske karmer på ulike dyp i hele den sørlige og sør-vestlige Karoo sedimenter. Disse karmene varierer i tykkelse fra noen få centimeter til hundrevis av meter.

Denne utgytingen av lava falt sammen med oppløfting av den sør-afrikanske delen av Gondwana, og dannelsen av riftdaler langs det som skulle bli havgrensene til subkontinentet. Da disse riftdalene utvidet seg, ble de oversvømmet og dannet det proto-indiske og sørlige Atlanterhavet, ettersom Gondwana fragmenterte seg i dagens separate kontinenter i Sør-Amerika , Afrika , Antarktis , Australia , India , Madagaskar og Arabia .

I nær tilknytning til denne splittelsen skjedde en annen episode av basaltutbrudd langs grensen til Mosambik for å danne Lebombo-fjellene . Et lag med mer enn 4800 m lava ble ekstrudert voldsomt på denne tiden. Mens Drakensberg-lavaene danner nesten horisontale lag, dypper Lebombo-lavaene østover, så det er vanskelig å måle hvor langt lava spres sidelengs.

Typisk flat toppet Karoo Koppies i Cradock- regionen i Great Karoo . De dolerittiske terskler er hardere og mer erosjon motstandsdyktig enn de Beaufort skifer inn som de ble trengt, gir disse åsene sine tabletop toppene og trappet sider.

Oppløftingen av Sør-Afrika varslet en fase med massiv erosjon, og fjernet et lag flere kilometer tykt fra den afrikanske overflaten . Nesten alle Drakensberg-lavene ble erodert bort, og etterlot en rest i Lesotho, flere små flekker på Springbok Flats nord i landet og i Lebombo-fjellene langs Mosambik-grensen. Når laget med hard lava erodert bort, eroderte de mykere Karoo-sedimentene over resten av bassenget enda raskere. Imidlertid motsto dolerittkarmene erosjon og beskyttet de mykere Beaufort og Ecca-skifrene under dem. Dette skapte mange og utbredte flate toppede åser, kjent som Karoo Koppies ("koppie" er det afrikanske begrepet for åsen), som er ikoniske for Karoo, og i forlengelse også det sørafrikanske landskapet. De diker , eller vertikale sprekker som brakte lava til overflaten skille seg ut i dag som lineære rygger som forløper over store strekninger av Karoo.

Post Karoo-periode

Den fortsatte erosjonen av Sør-Afrika de siste 180 millioner årene har betydd at bergarter yngre enn The Drakensberg Group nesten ikke eksisterer over det meste av interiøret. Noe av det eroderte materialet fra interiøret ble fanget mellom Cape Fold-fjellene i sør under krittperioden for å danne Enon-formasjonen og lignende avleiringer nær kysten av KwaZulu-Natal , nord for Richards Bay . Bortsett fra det, forekommer bare veldig små flekker av veldig ferske, hovedsakelig sandforekomster i Sør-Afrika.

Karoo-supergruppen andre steder i Afrika

I Zambia, Zimbabwe og Mosambik er Karoo Supergroup delt inn i (fra eldste til yngste):

• Lower Karoo Group , som består av formasjonene Dwyka, Hwange (Zimbabwe) / Siankondobo (Zambia) og Madumabisa.
• Upper Karoo Group , som består av Escarpment Grit- formasjonen (i Mid-Zambezi og Limpopo bassengene) og Angwa Sandstone Formation (i Mana Pools og Cabora Bassa Basins), overlappet av Pebbly Arkose Formation og Forest Sandstone Formation , avkortet av Batoka basalter.

Se også

• Geology of South Africa  - Opprinnelsen og strukturen til fjellformasjonene
• Geography of South Africa  - Oversikt over geografi i Sør-Afrika

Referanser

Videre lesning

• Ponomarenko, Alexandr G. og Mike B. Mostovski . 2005. Nye biller (Insecta: Coleoptera) fra Sene Perm i Sør-Afrika . Afrikanske virvelløse dyr 46. ​​253–260.
• Sukatsheva ID, Beattie R. & Mostovski MB 2007. Permomerope natalensis sp. n. fra Lopingian of South Africa, og en ombeskrivelse av typen arter av Permomerope (Insecta: Trichoptera). Afrikanske hvirvelløse dyr 48 (2): 245–251.
• Werner, Mario . 2006. Stratigrafi, sedimentologi og alder av Late Paleozoic Mesosaurus Inland Sea, SW-Gondwana - Nye implikasjoner fra studier på sedimenter og endrede pyroklastiske lag av Dwyka og Ecca Group (nedre Karoo Supergroup) i Sør-Namibia (PhD avhandling) , 1–428. Julius-Maximilians-Universität Würzburg .