Супергруппа Кару является наиболее распространенной стратиграфической единицей в Африке к югу от пустыни Калахари . Супергруппа состоит из последовательности единиц, в основном неморского происхождения, отложенных между поздним карбоновым и ранним юрским периодом , периодом около 120 миллионов лет. [3]
В южной части Африки породы супергруппы Кару покрывают почти две трети современной поверхности суши, составляя часть 75% осадков или осадочных пород, покрывающих землю, включая все Лесото , почти все Фри-Стейт и большие части провинций Восточный Кейп , Северный Кейп , Мпумаланга и Квазулу-Натал в Южной Африке . Выходы пород супергруппы Кару также встречаются в Намибии , Эсватини , Замбии , Зимбабве и Малави , а также на других континентах, которые были частью Гондваны . Бассейны, в которых они отлагались, образовались во время формирования и распада Пангеи . [4] [5] Типовой областью супергруппы Кару является Большое Кару в Южной Африке , где обнажаются самые обширные выходы этой последовательности. [3] [6] Его слои, состоящие в основном из сланцев и песчаников , [7] регистрируют почти непрерывную последовательность морских ледниковых и наземных отложений от позднего карбона до ранней юры . Они накапливались в ретродуговом форландовом бассейне, называемом «главным бассейном Кару ». [4] Этот бассейн был образован субдукцией и орогенезом вдоль южной границы того, что в конечном итоге стало Южной Африкой, в южной Гондване. [4] Его осадки достигают максимальной кумулятивной толщины 12 км, с вышележащими базальтовыми лавами ( группа Дракенсберг ) толщиной не менее 1,4 км. [8]
Ископаемые включают растения (как макроископаемые, так и пыльцу ), редких насекомых и рыб , обычных и разнообразных четвероногих (в основном рептилий -терапсидов , темноспондильных амфибий и в верхних слоях динозавров ), и ихнофоссилии . Их биостратиграфия использовалась в качестве международного стандарта для глобальной корреляции пермских и юрских неморских слоев. [9]
Около 510 миллионов лет назад рифтовая долина образовалась через Южную Гондвану к югу от Южной Африки, но простиралась на запад в Южную Америку и на восток в Восточную Антарктиду и, возможно, даже в Австралию . [5] [10] [11] [13] На дне этой рифтовой долины накопился слой осадочных пород толщиной 8 км, известный как Капская супергруппа . [5] Закрытие рифтовой долины, начавшееся 330 миллионов лет назад, стало результатом развития зоны субдукции вдоль южной окраины Гондваны и последующего дрейфа Фолклендского плато обратно в сторону Африки в каменноугольный и раннепермский периоды. После закрытия рифтовой долины и сжатия Капской супергруппы в ряд параллельных складок, идущих в основном с востока на запад, продолжающаяся субдукция палео-Тихоокеанской плиты под Фолклендское плато и последующее столкновение последнего с Южной Африкой подняли горный хребет огромных размеров к югу от бывшей рифтовой долины. Складчатая Капская супергруппа образовала северные предгорья этого горного хребта.
Вес гор Фолклендско-Кейпской супергруппы заставил континентальную кору Южной Африки прогнуться, образовав ретродуговую систему форланда, которая была затоплена, образовав море Кару. Осадконакопление, начавшееся с ледниковых отложений с севера, но позднее с Фолклендских гор на юге, в этой впадине сформировало супергруппу Кару . [5] [13] [14]
Около 330 миллионов лет назад Гондвана дрейфовала над Южным полюсом , [15] в результате чего ледяной щит толщиной в несколько километров покрыл большую часть Африки и другие части Гондваны. [5] [15] Ледниковые отложения этого ледяного щита были первыми из осадков, которые отложились к северу от гор Кейп-Фолд (и частично над этими зарождающимися горами). Бассейн, в котором оседали эти отложения, был самым глубоким непосредственно к северу от хребтов гор Кейп-Фолд . Поэтому ледяной щит плавал на внутреннем озере, называемом внутренним морем Кару , в которое айсберги , отколовшиеся от ледников и ледяного щита на севере, отложили огромное количество грязи и камней различных размеров и происхождения. Такие отложения известны как тиллит . [11] Дальше на север ледяной щит также оседал, оставляя отложения диамиктита всякий раз, когда он частично таял, но, кроме того, он размывал коренную породу, оставляя за собой полосы (царапины), которые можно увидеть около Баркли-Уэста в Северном Мысе и на территории Университета Квазулу-Натал . [5] [11] Этот слой тиллита, следы которого можно найти на обширной территории Южной Африки, Индии и Южной Америки, предоставил решающие ранние доказательства в поддержку теории континентального дрейфа . В Южной Африке этот слой известен как группа Двика . Это самая ранняя и самая нижняя из супергруппы осадочных отложений Кару. [3] [4]
Когда Гондвана отдалялась от Южного полюса, ледники растаяли, оставив огромное внутреннее море, простирающееся через Южную Африку и соседние регионы Гондваны. Оно могло иметь выход к океану (похожему на Черное море ), но приливные эффекты были незначительными. Реки, стекающие с гор к северу от моря Кару, образовали большие заболоченные дельты , в которых процветали растения, принадлежащие к флоре Glossopteris . Эта густая растительность накапливалась в виде торфа, который в конечном итоге превратился в уголь. Угольные месторождения ограничены северными берегами раннего пермского моря Кару, и сегодня его добывают в Хайвелде и Квазулу-Натале. [5] [6] [11]
Эти осадочные отложения называются группой Экка супергруппы Кару. Они состоят в основном из сланцев и песчаников [16] и простираются по всему бывшему морю Кару, но южные отложения не содержат угля, хотя реки с гор Кейп-Фолд образовали небольшие дельты. Хотя растительность на юге была не такой густой, как на северных берегах внутреннего моря, в этих отложениях Экка найдено несколько ранних рептилий, таких как Мезозавр . Это ископаемая рептилия, найденная только в Южной Африке и Бразилии, предоставляющая важные палеонтологические доказательства существования суперконтинента Гондвана. [5] [11]
Северные берега содержат в основном ископаемые растения, пыльцу и споры. Ископаемые останки головоногих и некоторых морских ежей также найдены на севере. [11]
В период Экка Фолклендское плато столкнулось, а затем слилось с Южной Африкой, образовав обширную гряду гор к югу от пояса Капской складчатости. Этот новый горный хребет был сопоставим по размеру с Гималаями . [5] Северные склоны этих гор обычно круто опускались в море Кару, которое в тот момент было самым глубоким. Землетрясения, сопровождавшие формирование Капских гор, поэтому инициировали частые подводные грязевые и каменные оползни, образуя веерообразные скопления турбидитов , которые можно увидеть в юго-западном углу Кару сегодня (см. фотографию ниже справа). Группа Экка также имеет своих членов, которые названы на основе литологии местности, в которой они находятся. [5] [15] [17] Турбидиты уже некоторое время считаются нефтеносными породами, поскольку подводные лавины, которые вызывают эти отложения, часто переносят органическое вещество из близлежащих к береговой линии мест, особенно вблизи речных эстуариев и дельт, в бескислородные глубины прилегающих впадин. Здесь оно захоронено в турбидите и превращается в углеводороды , в частности, нефть и газ. Таким образом, турбидиты в формации Экка регионов Танкуа и Лаингсбург Кару в последнее время стали объектом пристального внимания нефтяной промышленности и геологов, которые обнаружили в них богатые и легкодоступные месторождения нефти и газа. Таким образом, северо-восточный бассейн Экка богат углем, в то время как его юго-западный угол становится известным своими запасами нефти. [17]
С образованием Фолклендского плато и горных хребтов Кейп-Фолд реки с юга начали доминировать в седиментации в море Кару, которое начало заиливаться. (Высокогорья к северу от моря Кару к этому времени были выровнены эрозией и начали погребаться под более новыми отложениями.) Несколько рек, похожих на Миссисипи, текли по заиленной котловине Кару с юга, создавая новые богатые среды обитания для разнообразной флоры и фауны. Наземные (в отличие от лакунарных или морских) отложения, созданные этими реками, дали начало группе Бофорта . Она состоит из монотонной последовательности сланцев и аргиллитов с некоторыми переслаивающимися линзовидными песчаниками . [11] Группа Бофорта богата останками рептилий и, в меньшей степени, амфибий. Существует множество ископаемых как травоядных, так и плотоядных рептилий. [11] Скалы Бофорта известны во всем мире благодаря богатому набору терапсидных синапсидов (рептилий, похожих на млекопитающих), которые знаменуют собой промежуточную стадию в эволюции млекопитающих от рептилий. [5] [11] Самыми многочисленными травоядными были аномодонты , самые примитивные формы которых также известны из скал Бофорта. Диноцефалы (ужасная голова) так названы из-за своих необычайно толстых костных черепов, которые, вероятно, использовались для ударов головой во время территориальных драк. Имея длину тела 3 метра, они были первыми крупными животными, которые жили на суше. [5]
В ходе формирования отложений Бофорта толщиной 6 км, массовое вымирание в конце пермского периода , 251 миллион лет назад, уничтожило около 96% всех видов, живших в то время. [5] Глобальное событие можно ясно увидеть в породах Бофорта. Несколько представителей рода Lystrosaurus были единственными млекопитающими рептилиями, которые пережили это событие. Отложения Бофорта, которые были отложены после этого события, как правило, грубее тех, которые им предшествовали, вероятно, из-за массового отмирания растительности, которая защищала поверхность от эрозии. Эти ранние триасовые слои, в которых преобладает песчаник, известны как формация Катберг (в группе Бофорта), которая накопилась до толщины 1 км. Со временем отложения Бофорта снова стали более мелкозернистыми, что, вероятно, указывает на восстановление растительности в Карру, а вместе с ней и на появление широкого спектра новых видов, включая динозавров и настоящих млекопитающих в конце триаса – начале юры. [5]
По мере того, как Гондвана дрейфовала на север, условия в той части, которая должна была стать Южной Африкой, становились все более жаркими и засушливыми. Преобладающими породами, которые образовались, были песчаники. Однако в некоторых областях было достаточно воды для образования болот с последующим образованием угля, но качество воды было низким. [5] [11] Ландшафт, вероятно, напоминал сегодняшнюю пустыню Калахари, с реками, такими как современная Оранжевая река или Нил , протекающими через нее, поддерживая локализованные области триасовой флоры и фауны. Группа Стормберг содержит самые ранние ископаемые динозавры Южной Африки. Она также содержит ископаемые останки Megazostrodon размером с землеройку , самого древнего млекопитающего в Африке. [5] В некоторых слоях обнаружено замечательное множество ископаемых насекомых и растений. [11]
Самые верхние слои группы Стормберг, вероятно, были заложены в настоящих условиях песчаной пустыни, подобной пустыне Намиб в Намибии. Вероятно, она была такой же большой, как современная пустыня Сахара , простираясь от гор Кейп-Фолд на многие тысячи километров к северу по большим частям Гондваны. [5] Только небольшой остаток этой массивной формации можно найти в Лесото и вокруг него сегодня. Эта формация ранее была известна как «пещерный песчаник», поскольку выветренные неглубокие пещеры часто образовывались в скалах, сложенных из этих пород. Эти пещеры позже использовались народом Сан , который часто украшал стены своими рисунками . [11] Сегодня пещерные песчаники называются формацией Кларенс .
Самые древние эмбрионы динозавров , когда-либо обнаруженные, были найдены в формации Кларенс в 1978 году. [18] Яйца были из триасового периода (220-195 миллионов лет назад) и имели окаменелые эмбриональные скелеты Massospondylus , прозавроподового динозавра. Больше примеров этих яиц с тех пор были найдены в национальном парке Golden Gate Highlands , расположенном на скалах формации Кларенс. Другие ископаемые, найденные в парке, включают окаменелости продвинутых цинодонтов (животных с клыками), небольших текодонтов (животных с зубами, прочно сидящими в челюсти), птицеподобных и крокодилоподобных динозавров. [19] [20]
Около 182 миллионов лет назад южноафриканская часть Гондваны прошла над горячей точкой Буве [21] [22], что привело к разрыву коры под супергруппой Кару, высвободив огромные объемы базальтовой лавы над пустыней Кларенс, покрыв почти всю Южную Африку и другие части Гондваны. Толщина лавы, накопившейся в ходе нескольких извержений, составляла более 1600 м, особенно на востоке (в современном Лесото). Это мощное излияние лавы резко положило конец осадконакоплению Кару. [5] [11]
Название «Дракенсбергская группа» происходит от того факта, что этот слой образует самые верхние 1400 м Большого уступа [11] на международной границе между Лесото и Квазулу-Наталом, часто называемого Драконовыми горами (хотя технически «Дракенсберг» относится ко всей 1000-километровой восточной части Большого уступа, лишь около трети которой покрыто Драконовыми лавами).
Магма поднималась через длинные трещины, похожие на трещины, с редкими конусами разбрызгивания, но типичные вулканы были редки. Каждый поверхностный поток лавы имел толщину от 10 до 20 метров. Эти потоки накапливались в быстрой последовательности в течение 2 миллионов лет, образуя единый непрерывный слой лавы толщиной от 1 до 1,6 км. Однако не вся магма достигла поверхности, а выдавилась под высоким давлением между горизонтальными пластами пород Экка и Бофорт. Когда эта магма затвердела, она образовала несколько долеритовых силлов на разных глубинах во всех южных и юго-западных отложениях Кару. Эти силлы различаются по толщине от нескольких сантиметров до сотен метров.
Это излияние лавы совпало с поднятием южноафриканской части Гондваны и образованием рифтовых долин вдоль того, что должно было стать морскими границами субконтинента. По мере того, как эти рифтовые долины расширялись, они были затоплены, образовав прото-Индийский и Южный Атлантический океаны, поскольку Гондвана разделилась на сегодняшние отдельные континенты: Южную Америку , Африку , Антарктиду , Австралию , Индию , Мадагаскар и Аравию . [5] [15]
В тесной связи с этим рифтингом, второй эпизод извержения базальта произошел вдоль границы с Мозамбиком , образовав горы Лебомбо . Слой лавы толщиной более 4800 м был яростно выдавлен в это время. В то время как лавы Драконовых гор образуют почти горизонтальные слои, лавы Лебомбо падают на восток, поэтому трудно оценить, насколько далеко лава распространилась в поперечном направлении. [5] [6] [11]
Подъем Южной Африки ознаменовал фазу массивной эрозии, удалив слой толщиной в несколько километров с африканской поверхности . Почти все лавы Драконовых гор были размыты, оставив остатки в Лесото, несколько небольших участков на равнинах Спрингбок на севере страны и в горах Лебомбо вдоль границы с Мозамбиком. После того, как слой твердой лавы был размыт, более мягкие осадки Кару над остальной частью бассейна размылись еще быстрее. Однако долеритовые силлы сопротивлялись эрозии, защищая более мягкие сланцы Бофорта и Экка под ними. Это создало многочисленные и широко распространенные холмы с плоскими вершинами, известные как Кару Коппи («коппи» на африкаанс означает холм), которые являются знаковыми для Кару и, в более широком смысле, для южноафриканского ландшафта. Дайки , или вертикальные трещины , по которым лава выходила на поверхность, сегодня видны как линейные хребты, протянувшиеся через большие участки Кару.
Продолжающаяся эрозия Южной Африки за последние 180 миллионов лет привела к тому, что породы моложе, чем группа Дракенсберг, практически отсутствуют на большей части территории. Часть эродированного материала из внутренних районов была захвачена между горами Кейп-Фолд на юге в меловой период, образовав формацию Энон и аналогичные отложения вблизи побережья Квазулу-Натал , к северу от залива Ричардс . Кроме того, в Южной Африке встречаются лишь очень незначительные участки совсем недавних, в основном песчаных отложений.
В Замбии, Зимбабве и Мозамбике супергруппа Кару делится на (от старшей к младшей):