ISSN:
1437-3262
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geosciences
Description / Table of Contents:
Abstract This study of the Afro-Arabian gräben, which concentrates on the region between Kenya and the Levant reviews their evolution that begun not earlier than in the latest Oligocene or in the lower Miocene. The gräben continue to sink in several major downfaulting phases, especially during the transitional times of Miocene to Pliocene, of Pliocene to Pleistocene and in the Mid-Pleistocene. We have no proof of erstwhile major graben structures in the crystalline Precambrian basement or in the pre-Oligocene sedimentary cover revived during the young Cenozoics that could have redeemed the formation of the Afro-Arabian megagräben. Significant faults in the pre-Oligocene sedimentary cover are seldom observed. Where they occur, their tectonic direction scarcely runs parallel to the principal trend of the Cenozoic graben. At best these ancient faults may have had an impact on the development of cross — and diagonal faulting which played also a role in the disposition of the subgräben, grabensplays and other offshoots of the main gräben. Equally rarely has parallelism of trend between the basement metamorphics as well as their intrusive dykes and that of the main graben lineations been established. The Afro-Arabian gräben originated in a lower Tertiary peneplain of regional dimension which had expanded over large part of Gondwana. The graben dissection thus took place regardless of former tectonic highs and lows such as swells and basins — a phenomenon that negates the theory of key-stone dropping as a result of preceding upwarping. The occasional impression of vaulting with the graben as its axis is purely of morphological significance; it is due to “isostatic” uplifting and tilting of the main horsts attached to the main graben. Besides, most megahorsts are not “halfhorsts” but huge blocks mountains (Levant, Etbai, Ethiopia, Danakil, Yemen) bordered on both flanks by major tensional faults with throws of thousands of meters. These major uplifts, which are especially noticed in the Plio-Pleistocene, caused, moreover, the removal of the sedimentary cover by erosion and denudation in the elevated parts of the graben shoulders and its hinterland. The few known outcrops of Cretaceous-Eocene in the coastal area of the Red Sea, believed to be indications of ancient marine gulfs and thus forerunners of the Rift valley are in all likelihood the relics of such coverbeds that were saved from erosion in the down dropped blocks of the graben. The surveyed marginal faults are normal dip-slips of average 70° dip. These remained in the ensuing taphrogenic episodes the “localized” fixed graben frames. In the interior of the graben they are followed by a Vorberge zone consisting of tilted blocks that implicate also subsidiary horsts and gräben. In the superdimensional rifts of Afar and Red Sea, the subsidiary gräben and horsts of the Vorberge zone may approach a width comparable to that of the East Levant rift valleys. In the axial part of the Afar, Red Sea and Gregory Rift valley appears as youngest, that is, Pleistocene structural element a distinct graben-in-graben or rift-in-rift. This young structure is much less developed in the graben of the Gulf of Aden. The Aden graben differs also in other aspects from the pattern of the Red Sea, particularly in its submarine axial topography and in the peculiar transversal fault offsets, both morphotectonic features reminiscent of the Indian mid-oceanic ridges. A comparison of geophysical, especially of gravity measurements, carried out in the various main gräben reveals very conflicting results. While higher positive Bouguer values led to the conjecture of heavy magmatic material in the bottom of the rift-in-rift of the Red Sea, in most of the Afar fault-funnel and in the entire Gregory Rift valley there prevails an unusual large gravity deficiency that would point to an extremely thick crust. This is all the more remarkable as both rift valleys and horsts of Ethiopia and of Kenya are dominated by huge basaltic trap lavas and by other basic volcanic material. The hypothesis of anticlockwise rotation and drifting of the Arabian peninsula (including its supposed impact on the orogenic origin of the Zagros fold belt) has many pitfalls. 1. As the taphrogenic destruction is not restricted to the intercontinental Afro-Arabian gräben, but extended far into the Mediterranen and into the Indian Ocean, any anticlockwise rotation of Arabia must exceed the 7° postulated movement. 2. Yemen and Ethiopia, that is Arabia and Africa, were in the Miocene still a continuous continent. When they became separated in the Pliocene by the Bab el Mandeb splay, northern Sinai and northernmost Egypt had been transformed into a landlocked isthmus that has remained a continental bridge to this day. In fact at the end of the Miocene the Red Sea graben had already been turned — though for a short period — into an enclosed evaporitic basin. 3. As regards the axial graben-in-graben of the Red Sea that especially prompted the assumption of a drift between Africa and Arabia, its Pleistocene age would demand a drifting rate of half a meter per year. There are, however, at the coastal area of the Red Sea no prehistoric, historic or recent witnesses of lateral stretching at the Red Sea and certainly not of such excess. The deduced annual drift of half a meter there, exceed even the most optimistic calculations and images hitherto made by the adherents of such large drifting as has been postulated to have taken place between Africa and South America. 4. Finally, in the studies on drifts — and this also applies to the question of horizontal fault displacement — there is wanting a proper discussion on the mechanical deformations to which the rigid crustal parts must have been subjected in the course of such intensive tearing apart motions.
Abstract:
Résumé Cette étude sur les fosses de l'Afro-Arabie, qui se concentre sur la région s'étendant entre le Kenya et les pays du Levant, montre que leur évolution n'a pas commencé avant l'Oligocène le plus tardif ou le Miocène inférieur. Les fosses continuent à s'affaisser durant certaines phases majeures, en particulier pendant les époques de transition du Miocène au Pliocène, du Pliocène au Pleistocène, et également pendant le Pleistocène moyen. Nous n'avons aucune preuve de l'existence antérieure des structures des fosses principales dans le socle cristallin ou dans la couverture sédimentaire du pré-Oligocène, qui s'est réouverte pendant le Cénozoïque supérieur, et qui pouvait conduire à la formation des fosses de l'Afro-Arabie. On observe rarement d'importantes failles dans la couverture sédimentaire du pré-Oligocène. Là où elles existent, leurs directions tectoniques sont rarement parallèles au principal alignement des fosses cénozoïques. Au mieux, ces anciennes failles ont pu avoir une influence sur le développement transversal et diagonal de failles qui ont aussi joué un rôle dans la disposition du subgraben, graben splays et autres embranchements des fosses principales. Non moins rare, est le parallèlisme entre les lignes directives des formations métamorphiques et les dykes intérieures du socle et les lignes des grandes fosses. Les fosses de l'Afro-Arabie ont leur origine dans les pénéplaines du Tertiaire inférieure — pénéplaines d'une dimension régionale qui s'est étendue sur une grande partie du Gondwana. Les fosses se sont développées indépendemment d'anciens Highs et Lows tectoniques, comme par exemple les seuils et les basins régionaux — phénomène qui ne correspond pas à la théorie du «keystone dropping» comme résultat d'un précédent bombement. L'impression qu'on a parfois de l'existence d'une voûte avec un graben axial, est d'une signification purement morphologique; elle est en réalité causée par des soulèvements «isostatiques» et par des mouvements basculant des horsts principaux attachés aux fosses principales. Autrement dit, la plupart des mega-horsts ne sont pas des demi-horsts, mais d'énormes blocs montagneux (Levant, Etbai, Ethiopie, Danakil, Yémen) qui sont bordés sur leurs deux flancs par des failles d'extension avec des rejets sur des milliers de mètres. Cet important soulèvement, observé particulièrement au Plio-Pleistocène, a causé l'élimination de la couverture sédimentaire dans les sommets des horsts, par l'érosion et la dénudation. Les quelques rares affleurements connus du Crétacé-Eocène sur les côtes de la Mer Rouge sont supposés servir d'indications à l'existence d'anciens golfes marins et donc, précédant ce Rift valley, ils sont plus vraisemblement les témoins de la couverture sédimentaire sauvés de l'érosion et préservés dans les écroulements du graben. Les failles marginales sont des failles normales avec des rejets d'en moyenne 70°. Durant les phases taphrogéniques, ces failles sont restées les cadres permanents des fosses principales. A l'intérieur du graben elles sont suivies par une zone de Vorberge qui consiste en blocs basculés impliquant aussi des horsts et grabens subsidiaires. Dans les dépressions faillées de l'Afar et de la Mer Rouge, ces fosses subsidiaires de la zone de Vorberge peuvent approcher une largeur comparable à celle du Rift valley de pays de l'est du Levant. Dans la partie axiale de la Mer Rouge, de l'Afar et du Gregory Rift valley, apparaît un distinct «graben-en-graben» ou rift-in-rift qui est le plus jeune élément structural de l'âge du Pleistocène. Cette jeune structure est beaucoup moins développée dans la fosse du Golfe d'Aden. Ce graben adénien est aussi différent du graben de la Mer Rouge par d'autres aspects, spécialement par sa topographie axiale sous-marine et par ses curieuses failles transversales; deux traits morphotectoniques qui nous rappellent les rides dorsales de l'Océan Indien. Une comparaison de mesures géophysiques, et surtout de gravité, faites dans les différentes grandes fosses, a montré des résultats très contradictoires. Tandis que les valeurs de Bouguer sont très positives et conduisent à une conjecture sur l'existence d'une masse lourde et magmatique au fond du rift-in-rift de la Mer Rouge, dans la majeur partie du terrain de l'Afar et de tout le Gregory Rift, ces valeurs sont extrêmement négatives — et indiqueraient une croute très épaisse. Ce phénomène est des plus remarquables puisque les grandes fosses et horsts de l'Ethiopie et du Kenya sont toutes deux dominées par de vastes traps de laves et d'autres matériaux basiques-volcaniques. L'hypothèse d'une rotation contre le sens des aiguilles d'une montre et d'une dérive de l'Arabie (comprenant une influence semblable sur l'origine orogénique des plissements du Zagros) présente maintes difficultés: 1. Puisque la destruction taphrogénique n'est pas limitée aux fosses intercontinentales de l'Afro-Arabie, mais s'étend plutôt jusqu'à la Méditerranée et l'Océan Indien, la rotation de l'Arabie doit dépasser le mouvement supposé de 7°. 2. Le Yémen et l'Ethiopie, c'est-à-dire, l'Arabie et l'Afrique, représentaient un continent non-interrompu pendant le Miocène. Lorsqu'ils se sont séparés par le splay de Bab el Mandeb, le nord du Sinai et l'extrême nord de l'Egypte se sont transformés et sont devenus un isthme qui réunit jusqu'aujourd'hui les deux continents. En effet, à la fin du Miocène, le graben de la Mer Rouge était même déjà devenu — pour une courte période — un basin évaporitique assez fermé. 3. En ce qui concerne le graben-en-graben du centre de la Mer Rouge — sur lequel se base, tout particulièrement, l'hypothèse d'une dérive entre l'Afrique et l'Arabie — son appartenance à l'âge du Pleistocène exigerait une dérive d'un demi mètre par an. Toutefois on ne trouve, sur la côte de la Mer Rouge, aucune preuve préhistorique, historique ou récente d'un déplacement latéral — certainement pas d'une pareille envergure. Ce taux de dérive annuelle, dépassant même les calculs les plus optimistes faits jusqu'à présent par ceux qui soutiennent la théorie du «drifting», est supposé avoir eu lieu entre l'Afrique et l'Amérique du Sud. 4. Finalement, dans l'étude sur la dérive — et cela s'applique également à la question du décrochement horizontal — on sent l'absence d'une discussion sur la déformation mécanique des parties de la croute rigide qui sont subordonnées à des forces intensives de détachement.
Notes:
Zusammenfassung Unser Studium, das sich auf die Region zwischen Kenya und der Levante beschränkte, ergab eine Entwicklung der afro-arabischen Gräben, welche nicht vor dem ausgehenden Oligozän oder untersten Miozän begann. In mehreren taphrogenen Phasen, besonders in den Übergangszeiten von Miozän zu Pliozän, Pliozän zu Pleistozän und im mittleren Pleistozän sinken die Gräben weiter ein. Wir haben keinerlei Beweise ehemaliger, großangelegter Grabenstrukturen im kristallinen Grundgebirge oder in den präoligozänen Deckschichten, die während des jüngeren Känozoikums wiederbelebt wurden und die Bildung der afro-arabischen Gräben ausgelöst hätten. Bedeutende Verwerfungen in den voroligozänen Deckschichten sind recht selten beobachtet worden. Wo sie auftreten, stimmt ihre tektonische Richtung kaum mit dem Hauptstreichen der känozoischen Gräben überein. Im besten Falle übten diese alten Verwerfungen einen Einfluß auf die Entwicklung von Kreuz- und Diagonalverwerfungen aus, die auch eine Rolle bei der Anlage der Subgräben, Grabensplays und sonstigen Abzweigungen der Hauptgräben spielen. Ebenso selten ist Parallelität des Streichens der metamorphen Formationen des Grundgebirges und seiner intrusiven Dykes mit den Hauptgrabenlinien festzustellen. Die afro-arabischen Gräben entstanden auf einer untertertiären Peneplain von regionaler Ausdehnung, die sich weit über Gondwana erstreckte. Die Gräben zerschneiden unbekümmert tektonische Highs and Lows, wie etwa Schwellen und Becken — eine Erscheinung, die nicht mit der Theorie eines „niedergebrochenen Gewölbesteins als Folge vorhergegangener Aufbiegung“ zu vereinbaren ist. Der gelegentliche Eindruck eines Gewölbes mit axialem Graben ist rein morphologisch zu werten und ist das Ergebnis „isostatisch“ hochgehobener und gekippter Großhorste, die an die Hauptgräben geknüpft sind. Im übrigen sind die meisten Megahorste keine „Halbhorste“, sondern riesige Blockgebirge (Levant, Etbai, Ethiopia, Danakil, Yemen), deren beiderseitige Hauptflanken durch große Zerrverwerfungen von Tausenden von Metern Sprunghöhe begrenzt sind. Diese Haupthebungen verursachten besonders während des Plio-Pleistozäns eine starke Abtragung der Deckschichten von den höchstgehobenen Teilen der Grabenschultern und seines Hinterlandes. Die wenigen bekannten Aufschlüsse von Kreide und Eozän in der Küstengegend des Roten Meeres, die als Anzeichen eines früheren marinen Golfes und Vorläufer des Rift valleys gedeutet wurden, sind allem Anschein nach Reste solcher Deckschichten, die in den abgesunkenen Grabenschollen von der Erosion verschont blieben. Die kartierten Randverwerfungen sind normale Abschiebungen von durchschnittlich 70° Neigung, die auch in den nachfolgenden taphrogenen Phasen fixierte „ortsgebundene“ Grabenrahmen blieben. Im Grabeninnern folgt ihnen eine Vorbergezone von gekippten Schollen, die auch zweitrangige Horste und Gräben in sich bergen. In den überdimensionalen Gräben von Afar und Rotem Meer mögen diese sekundären Gräben und Horste sogar Ausmaße annehmen, die in Breite den ostlevantinischen Gräben gleichkommen können. Im axialen Teil von Afar, des Roten Meeres und des Gregory Rift Valley tritt als jüngstes, d. h. pleistozänes Strukturelement ein ausgesprochener Graben-im-Graben (rift-in-rift) auf. Weniger deutlich ist diese junge Struktur im Graben des Golfes von Aden entwickelt. Der Adengraben weicht auch in anderer Hinsicht vom Pattern des Roten Meeres ab, vor allem in seiner untermeerischen Topographie und den eigenartigen transversalen off-set-Verwerfungen — beides morphotektonische Züge, die an den mittelozeanischen Rücken des Indischen Ozeans erinnern. Ein Vergleich der geophysikalischen, besonders der Schweremessungen, die in den einzelnen Großgräben ausgeführt wurden, zeigt sehr widersprechende Ergebnisse. Während die höheren positiven Bouguerwerte magmatisches schweres Material im Boden des zentralen Graben-im-Graben-Abschnittes vermuten lassen, herrscht im größeren Teil des Afar-Verwerfungstrichters und im gesamten Gregory rift valley ein ungewöhnlich großes Schweredefizit, das auf eine äußerst dicke Kruste hinweisen würde. Dies ist um so merkwürdiger, da sowohl die Gräben wie die Horste Äthiopiens und Kenyas von gewaltigen basaltischen Trap-Laven und sonstigem basischem vulkanischem Material überdeckt sind. Die Hypothese einer — im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers — stattgefundenen Drehung und Drift der arabischen Halbinsel (einschließlich ihres vermuteten Einflusses auf die orogene Entstehung des Zagros-Faltengürtels) stößt auf mancherlei Schwierigkeiten: 1. Da die taphrogene Zerstückelung nicht nur die interkontinentalen afroarabischen Gräben, sondern auch große Teile des Mittelmeeres und Indischen Ozeans betrifft, müßte die angenommene Drehbewegung von 7° um ein Vielfaches größer sein. 2. Yemen und Äthiopien, d. h. Arabien und Afrika, waren im Miozän noch ein zusammenhängender Kontinent. Als im Pliozän Yemen und Äthiopien (Danakil) durch den neu entstandenen Grabensplay von Bab-el-Mandeb abgetrennt wurde, war der nördliche Sinai und das nördlichste Ägypten ein Landisthmus geworden, wie er heute noch besteht. In der Tat war der Rote-Meer-Graben schon am Ende des Miozäns, obgleich für eine kurze Zeit, in ein eingeschlossenes evaporitisches Inlandbecken umgewandelt worden. 3. Was den axialen Graben-im-Graben des Roten Meeres anbelangt, der besonders Anlaß zur Drifthypothese gab, würde sein pleistozänes Alter eine Abdriftbewegung von ungefähr einem halben Meter pro Jahr verlangen. Es gibt indessen im Küstengebiet des Roten Meeres keinerlei prähistorische, historische oder gegenwärtige Zeugen, die auf ein seitliches Auseinanderweichen, und schon gar nicht von so großem Ausmaße, hinweisen. Eine jährliche Abdrift von einem halben Meter übertrifft überdies die optimistischen Berechnungen und Vorstellungen der Anhänger von so großen Driftbewegungen, wie sie etwa zwischen Afrika und Südamerika postuliert werden. Endlich vermißt man bei der Behandlung von Drifthypothesen — und das gilt ebenso für die Fragen horizontaler Verschiebungen — ein näheres Eingehen auf die mechanische Beanspruchung, der die rigiden Krustenteile bei so intensivem Auseinandertreiben unterworfen sein mußten.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01823801
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